感應(yīng)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自適應(yīng)控制研究

    魏偉¹，許勝輝²，郭新超³

（1華中科技大學(xué)電氣學(xué)院，武漢430074；2武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信系，武漢430074

    3武漢凱力科技發(fā)展有限公司，武漢430074）

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置與速度外環(huán)PI控制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雙閉環(huán)耦合及對(duì)參數(shù)等不確定性擾動(dòng)魯棒性差的問(wèn)題，在直接轉(zhuǎn)矩控制理論將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈解耦的基礎(chǔ)上提出了基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制方案，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它可隨著伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況而改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，大大提高了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的魯棒性，同時(shí)，也較好地改善了伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；自適應(yīng)控制；動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；直接轉(zhuǎn)矩控制；魯棒控制

中圖分類號(hào)：TM273+2：TM343    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A    文章編號(hào)：1001-6848 (2010)01-0029-04

         

0引  言

  伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為伺服糸統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比，得到了廣泛地應(yīng)用，如需要精確定位的工業(yè)裝備、生產(chǎn)線、木材加工、紡織和印刷等行業(yè)早已經(jīng)成為交流伺服系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。為了達(dá)到響應(yīng)決、定位精確，伺服控制系統(tǒng)一般采用速度、位置和電流三個(gè)閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的控制方法不僅控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是非線性多變量時(shí)變的系統(tǒng)，很難達(dá)到工藝的要求[3，4]。本文是在混合滑模變結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制的基礎(chǔ)上，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1  感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)的模型描述

  轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制作為內(nèi)環(huán)，而速度及位置控制作為外環(huán)，由直接轉(zhuǎn)矩控制理論可知，轉(zhuǎn)矩與磁鏈的內(nèi)環(huán)控制可以將系統(tǒng)解耦成一個(gè)簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)。按定子磁鏈定向，同步轉(zhuǎn)速兩相坐標(biāo)系d軸作為定向坐標(biāo)，即內(nèi)軸系沿著定子磁場(chǎng)定向，則定子磁鏈有如下關(guān)系式：

由文獻(xiàn)[3]及機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，可以得到感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)的模型表示如下：

式中，J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；B阻尼系數(shù)；θ_r轉(zhuǎn)子位置；T₁負(fù)載轉(zhuǎn)矩；T_e電磁轉(zhuǎn)矩；K_t轉(zhuǎn)矩系數(shù)；i_sq定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。

  定子磁鏈設(shè)置為恒定值，定子磁鏈的控制選用了開(kāi)環(huán)的控制方式，如果忽略定子磁鏈的暫態(tài)過(guò)程，這樣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為只有以定子電流交軸分量i。作為輸入的二階線性系統(tǒng)。輸入變量用U替代，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式(3)可以

寫(xiě)成

    因此，伺服感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，其中負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為一個(gè)擾動(dòng)加到電磁轉(zhuǎn)矩上。

 

2基于遞歸型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制

2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    在沒(méi)有擾動(dòng)的標(biāo)稱條件下，采用傳統(tǒng)的位置速度PID控制器[5]，系統(tǒng)可以得到滿意跟蹤精度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

如圖2所示。

   

  實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)及位置環(huán)與速度環(huán)之間的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系往往會(huì)導(dǎo)致PID控制系統(tǒng)的性能變差，以至于無(wú)法得到滿意的控制精度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)簡(jiǎn)化控制系繞結(jié)構(gòu)，本文采用遞歸型小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器( RWNC)代替位置、速度PID控制器，其控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

    圖3