Modern ellenőrzési stratégia
A hagyományos váltóáramú szervomotoros hajtásvezérlő stratégiát leginkább azzal a feltétellel használják, hogy a szabályozott objektummodell meghatározásra kerül, nem változik és lineáris, és a működési feltételek és a működési környezet állandóak. Az AC állandó mágneses szinkronmotor dinamikus matematikai modellje azonban egy nemlineáris, erősen összekapcsolt, időben változó többváltozós rendszer. Nagy teljesítményű követelmények esetén figyelembe kell venni a nemlineáris hatásokat, az objektum szerkezetének és paramétereinek változásait, valamint a működési környezet változásait. És idő-változó és bizonytalan tényezők, mint például a környezeti zavarok. A modern kontrollelmélet kifejlesztése és alkalmazása bizonyos mértékig kiegyenlíti a klasszikus kontrollelmélet hiányosságait az időbeli változó nemlineáris sztochasztikus rendszerre.
(1) Közvetlen nyomatékszabályozás
A közvetlen nyomatékvezérlés elmélete egy nagy teljesítményű AC motorvezérlő stratégia, amelyet M. depenbrock professzor javasol a német Ruhr Egyetem és a japán tudós i.takahash 1980-as években. A szabályozási stratégia a vezérelt objektum pontos matematikáján alapul. A modell, de ellentétben a vektorvezérléssel, elemzi az AC motor matematikai modelljét közvetlenül az állórész koordinátarendszerében, komplex koordináta-transzformációk nélkül. Az állórész-mező tájolását elfogadjuk, nincs szükség leválasztási áramra, és a nyomaték- és fluxuskötést közvetlenül a kétállású 砰砰 vezérlés szabályozza, amely megakadályozza az állórész áramának a nyomaték- és gerjesztő komponensekbe történő lebontását, és közvetlenül szabályozza a kapcsolási állapotot az inverter. Jó vezérlés, a nyomaték gyors reagálására összpontosítva a nyomaték nagy dinamikus teljesítményének elérése érdekében. A közvetlen nyomatékvezérlő mező tájolása az állórész-fluxus kötést használja, amelyet a rotor paraméterei nem befolyásolnak. Amíg az állórész-ellenállás ismert, megfigyelhető és nem érzékeny a motor paramétereire.
A közvetlen nyomatékszabályozó technológiát sikeresen alkalmazták az indukciós motor invertervezérlés területén, és az abb termékcsaládot hozott létre. Az állandó mágneses szinkronmotor alkalmazása során azonban még mindig vannak problémák a közvetlen nyomatékszabályozásban. A közvetlen nyomatékvezérlés a mágneses lánc hiszterézisét használja, és a motor nyomatéka pulzáló, ami közvetlenül befolyásolja a motor simaságát. A közvetlen nyomatékszabályozásnak figyelembe kell vennie a fluxus kötést és a nyomatékot. A pontosság alacsony sebességnél gyenge, ami a motor gyenge futási teljesítményét és a kis motorfordulatszám-tartományt eredményezi. A motor kis állórész-induktivitása miatt az áramütés nagy, amikor a motor elindul és a terhelés megváltozik, és a fluxus és a nyomatékcsúcs nagy. Továbbá, mivel a fluxus kapcsolás kezdeti helyzetét nem lehet megbecsülni a motor álló helyzetében, a motort nehéz elindítani. Bár néhány hazai és külföldi tudós az elmúlt években próbálta meg és javította az állandó mágneses szinkronmotor közvetlen nyomatékszabályozási stratégiáját, ez a vezérlési rendszer nehezen felel meg az AC szervo meghajtó technológia követelményeinek.
(2) Csúszó módú változószerkezet-vezérlés
A változószerkezet-szabályozás a nemlineáris vezérlés kategóriájába tartozik, és nemlinearitása a vezérlés folytonosságaként jelenik meg, azaz egy olyan kapcsolási jellemző, amely megváltoztatja a rendszer "szerkezetét". A csúszó módú változószerkezet-vezérlésnek nem kell ismernie a rendszer matematikai modelljét. Csak meg kell értenie a rendszerparaméterek és azok változásainak hozzávetőleges tartományát, hogy a változószerkezet-vezérlés előnyei a gyors reagálás, a paraméterek érzéketlensége és a zavarváltozások, és nincs szükség az online azonosításra és tervezésre. A sorrend csökkentése és a szétkapcsolás funkciója esetén, amikor a rendszer belép a csúszó üzemmódba, a rendszerállapot átvitelét már nem befolyásolja az eredeti paraméterváltozások és a rendszer külső zavarai, de kénytelenek a kapcsoló síkja felé csúsztatni teljes önállósággal és robusztussággal, így a csúszómódú vezérlés sikeresen alkalmazható állandó mágneses szinkron motoros szervo rendszerben. Azonban a bang-bang vezérlés miatt a chattering probléma elkerülhetetlenül előidézhető, és a chattering probléma a csúszó mód változó struktúrájának vezérlésének széles körben elterjedt alkalmazási nehézsége. Jelenleg az AC szervo-motorrendszerben a csúszómódszer-szerkezet megváltoztatásával, mint például a nagyteljesítményű csúszómódszerkezet és a szűrőfeldolgozás használatával, a csúszómód változó struktúrájának vezérlése által okozott chattering probléma bizonyos mértékben megoldódik.
(3) Adaptív vezérlés
Az adaptív szabályozást Golcl-kút javasolta az 1950-es évek elején. Ez kombinálja a visszacsatolás vezérlését az azonosítási elmélettel, és javasolja a szabályozott objektum jellemzőinek változását, a rendszer driftjét és a környezeti zavarokat, vagy ha nincsenek sok szabályozott folyamat paramétere, vagy ezek a paraméterek normál működésben vannak. A változások, különösen lassú változók esetén, optimalizáltak, ha bizonyos teljesítménymutatókat keresünk a vezérelt objektum beállításának befejezéséhez.
Az irányításhoz jelenleg alkalmazott adaptív módszerek a modell referencia adaptív, paraméter-azonosító önkorrekciós vezérlés és különböző újonnan kifejlesztett nemlineáris adaptív kontrollok. A modell referencia adaptív vezérlőrendszer nem igényel pontos ellenőrző objektum matematikai modelljét, és nem igényel paraméter-azonosítást. A fő probléma az, hogy kialakítsunk egy adaptív paraméterbeállítási törvényt a rendszer stabilitásának biztosítása érdekében, miközben a hibajelzés nullára csökken. A fő előny, hogy könnyen kivitelezhető és gyors. Van azonban néhány probléma az adaptív algoritmusban, mint például a matematikai modell és a nehézkes működés, ami bonyolítja a vezérlést. Például a paraméterek azonosítása és korrekciója egy ideig tart. Gyorsabb paraméterváltozások esetén a vezérlési teljesítményt nagymértékben befolyásolja a rendszerszámítási sebesség. Az alkalmazásrendszer hardverének magasnak kell lennie az AC szervo meghajtóban, amelyet általában egy 32 bites digitális jelfeldolgozó (DSP) vagy egy mezőprogramozható kapu tömb (fpga) hajt végre.
(4) Nemlineáris visszacsatolási linearizálás vezérlés
A visszacsatolás linearizálása egy nemlineáris vezérlési tervezési módszer. Az alapvető elképzelés az, hogy egy nemlineáris rendszer algebrát egy (egész vagy részleges) lineáris rendszerré alakítunk úgy, hogy a lineáris rendszer készségei alkalmazhatók legyenek. Az alapvető és a hagyományos linearizálás közötti különbség az, hogy a visszacsatolási linearizálást nem a rendszer lineáris közelítésével, hanem az állapotátalakítással és visszacsatolással érik el. Az elmúlt években a nemlineáris kontrollrendszerek elméleti kutatási eredményei azt mutatják, hogy a nemlineáris állapot-visszacsatolás és a megfelelő koordináta-transzformáció bizonyos körülmények között pontosan linearizálhat egy affin nemlineáris rendszert, és ez az állapot-visszacsatolás garantálja a vezérlő rendszert. Stabilitás és jó dinamikus minőség. A pontos visszacsatolású linearizációs vezérlési módszer alapján az állandó mágneses szinkronmotor lineáris vezérlőmodellje jön létre. A visszacsatolási linearizálás vezérlése után a d és q tengelyek szétkapcsolásának vezérlése megvalósítható, az aktuális nyomkövetési teljesítmény jó, és a nyomaték válasz gyors. A sebességfokozat válasz fokozatosan közelíthet egy adott értékhez, statikus különbség, kis túllépés és rövid átmeneti folyamat nélkül.
(5) Intelligens ellenőrzési stratégia
A klasszikus vagy modern vezérlési stratégiák a motor matematikai modelljére támaszkodnak, és alapvetően nem foglalkoznak a komplex és bizonytalan rendszerek szabályozási problémáival. Az intelligens vezérlési stratégia nemlineáris tulajdonságokkal rendelkezik, és komplexebb vezérlési objektumokkal, környezetekkel és feladatokkal rendelkező rendszereket képes megoldani. Az intelligens vezérlés megszabadul a vezérelt objektummodelltől való függéstől, és csak a tényleges hatásnak megfelelően vezérli. A vezérlésben a rendszer bizonytalansága és pontatlansága megoldható.
Az intelligens vezérlési stratégiák magukban foglalják a fuzzy vezérlést, a neurális hálózati vezérlést, a szakértői rendszer vezérlését és a robusztus vezérlést és a genetikai algoritmus vezérlését. Az állandó mágneses szinkronmotoros szervo rendszer alkalmazásakor a fuzzy vezérlés és a neurális hálózat vezérlési stratégiái érettek.
(6) Fuzzy vezérlés
A fuzzy vezérlés egyfajta számítógépes vezérlés, amely fuzzy aggregáción, fuzzy nyelvi változókon és fuzzy logikai érveléseken alapul. A fuzzy vezérlés egyesíti a matematikát és a fuzzinesst, és elméleti alapjaként fuzzy halmazokat, fuzzy nyelvi változókat és fuzzy érvelést használ, azaz a fuzzy készletek használatával leírják az emberek mindennapi használatának kétértelműségét. gépi szimulációval a rendszer vezérléséhez reálisan utánozhatja a képzett üzemeltetők és szakértők irányítási tapasztalatait és módszerét.
A fuzzy érvelés nem függ a pontos matematikai modellektől. A tényleges rendszer bemeneti és kimeneti adatai szerint a rendszer valós idejű vezérlése a terepi üzemeltetők tapasztalatai alapján történik. Ezért alkalmas a nemlineáris rendszerek vezérlési problémáinak megoldására; Jó ragadósság és erős alkalmazkodóképesség, idő-változó és időeltolódási rendszerekhez. Azonban a fuzzy vezérlés öntanulási képessége nem erős, és a tervezési ellenőrzési szabályok a tapasztalatoktól és a szakértelemtől függenek, ami a rendszer pontatlanságát okozhatja. Egyszerűen a fuzzy vezérlési stratégia elfogadása több ellenőrzési szabályt igényel, sok tapasztalatot igényel a személyzet számára, és az ellenőrzési pontosság viszonylag alacsony. A fuzzy vezérléstechnika jól alkalmazható az AC szervomotor rendszer áramszabályozó és sebességszabályozó tervezésében. Azonban a magas dinamikus igényű szervo rendszerben a technológiát még tovább kell fejleszteni.
(7) Neuralis hálózati vezérlés
A neurális hálózat kutatása az 1940-es évek elején kezdődött. Az 1980-as években a neurális hálózat elmélete áttörést ért el, és az intelligens kontroll fontos ágává vált.
A neurális hálózat olyan információfeldolgozó rendszerre utal, amely az emberi koponya-idegek szerkezetét és működését szimulálja mérnöki technikákkal. A neurális hálózati vezérlés beágyazza a számítási funkciót a fizikai hálózatba. A számítási folyamatban minden alapművelettel kapcsolatban van egy megfelelő kapcsolat. A neurális hálózati modell szimulálja az emberi agy neuronok aktivitási folyamatát, beleértve az információ feldolgozását, feldolgozását és tárolását. Minden neuron a különböző információk tartalmának egy részét tárolja, és néhány neuronkárosodás és információs megsemmisítés csak a hálózat részleges gyengüléséhez vezet. A neurális hálózat előnyei az információterjesztés tárolása, a párhuzamos feldolgozás, a nemlineáris közelítés, az öntanulás és az önszerveződési képesség. Teljesen közelítheti az önkényesen összetett nemlineáris rendszereket, és megtanulhatja és alkalmazkodik a szigorúan bizonytalan rendszerek dinamikus jellemzőihez. A robusztusság, amely képes az emberi képmodell szimulálására, alkalmas olyan rendszerek kezelésére, amelyeket nehéz leírni modellekkel vagy szabályokkal. Az utóbbi években az emberek elkezdték megpróbálni az ideghálózati vezérléstechnológiát (vagy a mesterséges intelligenciát ai) alkalmazni a váltakozó áramú motorvezérlő rendszerekre, hogy megoldják azokat a problémákat, amelyeket hagyományos módszerekkel nehéz megoldani. Az ai beállítási rendszer használata jó zajcsökkentő tulajdonságokkal, hibatűréssel és méretezhetőséggel rendelkezik, és a paraméterek ellenálló. Ez a jövőbeli motorvezérlő technológia fontos fejlesztési iránya.
Nagy teljesítményű váltóáramú szervo-vezérlő technológiai fejlesztés
Az állandó mágneses szinkronmotoron alapuló szervo rendszer a szervo vezérlés fejlesztési iránya. Bár számos mód van az AC szervo vezérlés megvalósítására, még mindig vannak olyan problémák, mint például a rendszer alacsony pontossága, a gyenge megbízhatóság és az alacsony fordulatszám.
Függetlenül attól, hogy ez egy hagyományos ellenőrzési stratégia, egy modern ellenőrzési stratégia, vagy egy intelligens ellenőrzési stratégia, minden egyes ellenőrzési stratégia előnyei vannak, ugyanakkor vannak problémák. Egyetlen vezérlési stratégiából nehéz nehézségeket elérni. A nagy teljesítményű váltóáramú szervo-vezérlő technológia fejlesztésének iránya a jövőben feltárja, hogyan kell beszivárogni és egyesíteni a különböző vezérlési stratégiákat a szervo rendszer vezérlési teljesítményének javítása érdekében. Jelenleg a kompozit vezérlési stratégia főként két formája van: az egyik a klasszikus pid vezérlési stratégián alapuló új ellenőrzési stratégia, például a fuzzy pid vezérlés, a neurális hálózat pid vezérlés, a szakértői pid vezérlés stb. másodszor, fogadjon el két vagy több új típusú ellenőrzési stratégiát, mint például a fuzzy neurális hálózat vezérlése, adaptív fuzzy vezérlés, fuzzy direkt nyomatékvezérlés, adaptív fuzzy vezérlés, közvetlen nyomaték csúszó mód változó szerkezet vezérlése stb. A különböző stratégiák kiegészítik egymást, hogy tovább javítsák a váltakozó áramú fordulatszám-szabályozó rendszer teljesítménye, és ugyanakkor erősebb robusztussága. Az összetett ellenőrzési stratégia a jelenlegi kutatás középpontjává és a jövőbeni fejlődés egyik fő trendévé vált.
Következtetés
Az állandó mágneses szinkronmotor rendszer példaként figyelembe véve a hagyományos vezérlési stratégia alapelveit, előnyeit és hátrányait, a modern vezérlési stratégiát és az intelligens vezérlési stratégiát az AC szervo motorrendszerben külön-külön ismertetjük, és a nagy teljesítményű váltóáramú szervomotor rendszer vezérlési technológiáját. előre látható. A fejlődési trend rámutat arra, hogy mindegyik szabályozási stratégia, egy modern kontrollstratégia, vagy egy intelligens kontrollstratégia előnyei vannak, ugyanakkor vannak problémák. Egyetlen vezérlési stratégiából nehéz nehézségeket elérni. A nagy teljesítményű váltóáramú szervo-vezérlő technológia fejlesztésének iránya a jövőben feltárja, hogyan kell beszivárogni és egyesíteni a különböző vezérlési stratégiákat a szervo rendszer vezérlési teljesítményének javítása érdekében.
