Nowoczesna strategia kontroli
Tradycyjna strategia sterowania napędem serwomotoru AC jest najczęściej stosowana pod warunkiem, że kontrolowany model obiektu jest określany, nie zmienia się i jest liniowy, a warunki pracy i środowisko pracy są określone jako stałe. Jednak dynamiczny model matematyczny silnika synchronicznego z magnesami trwałymi AC jest nieliniowym, silnie sprzężonym, zmiennym w czasie, wielozmiennym systemem. W przypadku wysokich wymagań wydajności należy uwzględnić różne efekty nieliniowe, zmiany w strukturze i parametrach obiektu oraz zmiany w środowisku pracy. I zmienne w czasie i niepewne czynniki, takie jak zakłócenia środowiska. Opracowanie i zastosowanie nowoczesnej teorii sterowania w pewnym stopniu uzupełniają niedociągnięcia klasycznej teorii sterowania w zmieniającym się w czasie nieliniowym systemie stochastycznym.
(1) Bezpośrednia kontrola momentu obrotowego
Teoria bezpośredniego sterowania momentem obrotowym jest wysoce wydajną strategią sterowania silnikiem prądu zmiennego, zaproponowaną przez profesora M. depenbrocka z niemieckiego uniwersytetu w Ruhrze i japońskiego uczonego i.takahasha w latach 80-tych. Strategia kontroli opiera się również na dokładnej matematyce kontrolowanego obiektu. Model, ale w przeciwieństwie do sterowania wektorowego, analizuje model matematyczny silnika prądu zmiennego bezpośrednio w układzie współrzędnych stojana bez złożonych transformacji współrzędnych. Orientacja pola stojana została przyjęta, nie jest potrzebny żaden prąd odsprzęgający, a połączenie momentu obrotowego i strumienia jest sterowane bezpośrednio przez sterowanie dwustanowe which, które unika rozkładu prądu stojana na składniki momentu i wzbudzenia i bezpośrednio steruje stanem przełączania falownik. Dobra kontrola, skupiająca się na szybkiej reakcji momentu obrotowego, aby osiągnąć wysoką dynamikę momentu obrotowego. Orientacja pola bezpośredniego sterowania momentem obrotowym wykorzystuje wiązanie strumienia stojana, na który nie mają wpływu parametry wirnika. Dopóki rezystancja stojana jest znana, można ją zaobserwować i nie jest ona wrażliwa na parametry silnika.
Technologia bezpośredniego sterowania momentem obrotowym została z powodzeniem zastosowana w dziedzinie sterowania falownika silnika indukcyjnego, a firma abb wprowadziła na rynek serię produktów. Jednak w przypadku zastosowania silnika synchronicznego z magnesem trwałym nadal występują problemy z bezpośrednim sterowaniem momentem obrotowym. Bezpośrednie sterowanie momentem obrotowym wykorzystuje histerezę łańcucha magnetycznego, a moment obrotowy silnika pulsuje, co bezpośrednio wpływa na płynność pracy silnika. Bezpośrednie sterowanie momentem obrotowym musi obserwować sprzężenie strumienia i moment obrotowy. Dokładność jest niska przy niskich prędkościach, co skutkuje słabą wydajnością pracy silnika i niewielkim zakresem prędkości silnika. Ze względu na małą indukcyjność stojana silnika, uderzenie prądu jest duże, gdy silnik się uruchamia, a obciążenie zmienia się, a sprzężenie strumienia i tętnienie momentu są duże. Ponadto, ponieważ początkowe położenie wiązki strumienia nie może być oszacowane, gdy silnik jest nieruchomy, silnik jest trudny do uruchomienia. Chociaż niektórzy uczeni w kraju i za granicą próbowali i ulepszyli strategię bezpośredniego sterowania momentem obrotowym silnika synchronicznego z magnesem trwałym w ostatnich latach, ten schemat sterowania jest trudny do spełnienia wymagań technologii napędu serwomotoru prądu przemiennego.
(2) Sterowanie zmienną strukturą trybu przesuwania
Sterowanie zmienną strukturą należy do kategorii sterowania nieliniowego, a jej nieliniowość pojawia się jako nieciągłość sterowania, to znaczy cecha przełączania, która zmienia "strukturę" układu. Sterowanie zmienną strukturą trybu przesuwnego nie wymaga znajomości modelu matematycznego systemu. Musi jedynie zrozumieć przybliżony zakres parametrów systemu i ich zmiany, tak aby sterowanie zmienną strukturą miało zalety szybkiej reakcji, niewrażliwości na parametry i zmiany zakłóceń, bez potrzeby identyfikacji i projektowania online. Dzięki funkcji zmniejszania kolejności i rozłączania, kiedy system przechodzi w stan trybu ślizgowego, przeniesienie stanu systemu nie jest już uzależnione od pierwotnych zmian parametrów i zewnętrznych zakłóceń systemu, ale jest zmuszone do zsunięcia się w pobliżu płaszczyzny przełączania , z całkowitą samodopasowalnością i wytrzymałością, dzięki czemu sterowanie trybem ślizgowym zostało z powodzeniem zastosowane w serwo synchronicznym silniku z magnesami trwałymi. Jednakże, ze względu na kontrolę bang-bang, problem z drżeniem jest nieuchronnie spowodowany, a problem z drżeniem jest główną trudnością w powszechnym stosowaniu sterowania zmienną strukturą trybu przesuwnego. Obecnie w układzie serwomotoru prądu przemiennego, zmieniając strukturę trybu ślizgowego, taką jak zastosowanie struktury trybu przesuwania wyższego rzędu i przetwarzania filtrowania, problem z drżeniem spowodowany przez sterowanie strukturą zmienną trybu ślizgowego jest w pewnym stopniu rozwiązany.
(3) Kontrola adaptacyjna
Kontrola adaptacyjna została zaproponowana przez Golcl-Well we wczesnych latach pięćdziesiątych. Łączy sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym z teorią identyfikacji i proponuje wpływ zmian charakterystyki kontrolowanego obiektu, dryfu i zakłóceń środowiskowych w systemie lub gdy nie ma wielu parametrów kontrolowanego procesu lub te parametry są w normalnym działaniu. Zmiany, szczególnie gdy występują zmienne wolne, są optymalizowane przez poszukiwanie określonych wskaźników wydajności w celu dokończenia regulacji kontrolowanego obiektu.
Metody adaptacyjne stosowane obecnie do sterowania to wzorcowe, adaptacyjne, samodiagnostyczne, identyfikujące parametry wzorce i różne nowo opracowane nieliniowe sterowanie adaptacyjne. Referencyjny system sterowania adaptacją modelu nie wymaga dokładnego modelu matematycznego obiektu kontrolnego i nie wymaga identyfikacji parametru. Kluczowym problemem jest zaprojektowanie adaptacyjnego prawa regulacji parametrów, aby zapewnić stabilność systemu, przy czym sygnał błędu ma tendencję do zera. Główną zaletą jest to, że jest łatwy do wdrożenia i szybki. Istnieją jednak pewne problemy w algorytmie adaptacyjnym, takim jak model matematyczny i kłopotliwa operacja, która komplikuje system sterowania. Na przykład identyfikacja i korekta parametru trwa pewien okres czasu. W systemach z szybszymi zmianami parametrów na wydajność sterowania ma wpływ szybkość obliczeń systemowych. Sprzęt systemu aplikacji musi znajdować się wysoko w serwonapędu prądu przemiennego, który jest zwykle implementowany przez 32-bitowy procesor sygnału cyfrowego (DSP) lub programowalną macierz bramek (FPGA).
(4) Nieliniowa kontrola liniowości sprzężenia zwrotnego
Linearyzacja sprzężenia zwrotnego jest nieliniową metodą projektowania sterowania. Podstawową ideą jest przekształcenie nieliniowej algebry systemowej w system liniowy (cały lub częściowy), aby można było zastosować umiejętności systemu liniowego. Zasadnicza różnica między nim a zwykłą linearyzacją polega na tym, że linearyzacja sprzężenia zwrotnego nie jest uzyskiwana przez liniowe przybliżenie systemu, ale przez zmianę stanu i sprzężenie zwrotne. W ostatnich latach wyniki teoretycznych badań nieliniowych układów sterowania pokazują, że nieliniowe sprzężenie zwrotne stanu i odpowiednia transformacja współrzędnych mogą być użyte do dokładnego linearyzowania nieliniowego układu afinicznego w pewnych warunkach, a to sprzężenie zwrotne stanu może zagwarantować system sterowania. Stabilność i dobra jakość dynamiczna. W oparciu o precyzyjną metodę sterowania linearyzacją sprzężenia, ustala się liniowy model sterowania silnika synchronicznego z magnesem trwałym. Po sterowaniu linearyzacją sprzężenia zwrotnego można zrealizować sterowanie odsprzęganiem osi d i q, bieżące osiągi śledzenia są dobre, a reakcja momentu obrotowego jest szybka. Reakcja kroku prędkości może stopniowo zbiegać się do danej wartości, bez różnic statycznych, małego przekroczenia i krótkiego procesu przejścia.
(5) Inteligentna strategia kontroli
Klasyczne lub nowoczesne strategie sterowania opierają się na matematycznym modelu silnika i nie rozwiązują zasadniczo problemów sterowania złożonymi i niepewnymi systemami. Inteligentna strategia sterowania ma nieliniowe charakterystyki i może rozwiązywać systemy z bardziej złożonymi obiektami kontroli, środowiskami i zadaniami. Inteligentna kontrola pozbywa się zależności od kontrolowanego modelu obiektu, a jedynie kontroluje zgodnie z rzeczywistym efektem. W systemie kontroli można rozwiązać niepewność i niedokładność systemu.
Inteligentne strategie kontroli obejmują kontrolę rozmytą, kontrolę sieci neuronowej, kontrolę systemu eksperckiego oraz niezawodną kontrolę i algorytm genetyczny. Kontrola rozmycia i strategie sterowania siecią neuronową są dojrzałe w zastosowaniu układu synchronicznego silnika z magnesami trwałymi.
(6) Kontrola rozmyta
Kontrola rozmyta jest rodzajem komputerowej kontroli numerycznej opartej na agregacji rozmytej, rozmytych zmiennych lingwistycznych i wnioskach logiki rozmytej. Kontrola rozmyta ujednolica matematykę i rozmycie, a jako podstawy teoretyczne wykorzystuje zbiory rozmyte, rozmyte zmienne lingwistyczne i rozumowanie rozmyte, czyli używając zbiorów rozmytych do opisywania niejednoznaczności pojęć używanych przez ludzi na co dzień, z wcześniejszą wiedzą i doświadczeniem eksperckim jako reguł kontroli za pomocą symulacji maszyny do sterowania systemem można realistycznie imitować doświadczenie sterowania i metodę kontroli rozmytej przez wykwalifikowanych operatorów i ekspertów.
Rozmyślne wnioskowanie nie zależy od dokładnych modeli matematycznych. Zgodnie z danymi wejściowymi i wyjściowymi aktualnego systemu, system może być sterowany w czasie rzeczywistym w odniesieniu do doświadczenia operacyjnego operatorów terenowych. Dlatego nadaje się do rozwiązywania problemów sterowania nieliniowych systemów; Dobra lepkość i duża zdolność adaptacji, odpowiednia dla systemów zmiennych czasowo i opóźniających. Jednak zdolność samodzielnego uczenia się fuzzy nie jest silna, a zasady kontroli projektu zależą od doświadczenia i wiedzy eksperckiej, co może spowodować niedokładność systemu. Po prostu przyjęcie strategii kontroli rozmytej wymaga więcej zasad kontroli, wymaga dużego doświadczenia personelu, a precyzja kontroli jest stosunkowo niska. Technologia sterowania rozmytego została dobrze zastosowana w konstrukcji regulatora prądu i regulatora prędkości silnika serwo AC. Jednak w systemie serwo z wysokimi wymaganiami dynamicznymi technologia wciąż wymaga dalszej poprawy.
(7) Kontrola sieci neuronowej
Badania sieci neuronowej rozpoczęły się na początku lat czterdziestych. W latach 80. teoria sieci neuronowych dokonała przełomu i stała się ważną gałęzią inteligentnej kontroli.
Sieć neuronowa odnosi się do systemu przetwarzania informacji, który symuluje strukturę i funkcję ludzkich nerwów czaszkowych za pomocą technik inżynieryjnych. Kontrola sieci neuronowej osadza funkcję obliczeniową w sieci fizycznej. W procesie obliczeniowym każda podstawowa operacja ma z nią odpowiednie połączenie. Model sieci neuronowej symuluje proces aktywności ludzkich neuronów mózgu, w tym przetwarzanie, przetwarzanie i przechowywanie informacji. Każdy neuron przechowuje część treści różnych informacji, a niektóre uszkodzenia neuronów i niszczenie informacji prowadzą jedynie do częściowego osłabienia sieci. Sieć neuronowa ma zalety przechowywania informacji, przetwarzania równoległego, nieliniowej aproksymacji, samokształcenia i zdolności samoorganizacji. Może w pełni przybliżać dowolnie złożone nieliniowe układy i może uczyć się i dostosowywać do dynamicznych charakterystyk bardzo niepewnych systemów. Solidność, z możliwością symulowania ludzkiego myślenia o obrazie, jest odpowiednia do radzenia sobie z systemami, które trudno opisać za pomocą modeli lub reguł. W ostatnich latach ludzie zaczęli próbować stosować technologię sterowania siecią neuronową (lub sztuczną inteligencję ai) do systemów sterowania napędem AC w celu rozwiązywania problemów, które są trudne do rozwiązania tradycyjnymi metodami. Zastosowanie systemu regulacji ai ma dobrą charakterystykę tłumienia hałasu, odporność na uszkodzenia i skalowalność i jest odporne na parametry. Jest to ważny kierunek rozwoju przyszłej technologii sterowania silnikiem.
Wysokowydajny trend rozwoju technologii sterowania serwo AC
Układ serwo oparty na silniku synchronicznym z magnesem trwałym jest kierunkiem rozwoju serwosterowania. Chociaż istnieje wiele metod wdrażania sterowania serwomechanizmem prądu przemiennego, nadal występują problemy, takie jak mała dokładność systemu, słaba niezawodność i niskie prędkości.
Niezależnie od tego, czy jest to tradycyjna strategia kontroli, nowoczesna strategia kontroli czy inteligentna strategia kontroli, każda strategia kontroli ma swoje zalety, ale jednocześnie występują pewne problemy. Trudno jest uzyskać idealny efekt kontrolny z pojedynczej strategii kontroli. Jest to kierunek rozwoju wysokowydajnej technologii sterowania serwomechanizmem AC w przyszłości, aby zbadać, w jaki sposób infiltrować i mieszać różne strategie sterowania, aby lepiej poprawić wydajność sterowania serwomechanizmem. Obecnie złożona strategia kontroli ma głównie dwie formy: jedną jest przyjęcie nowej strategii kontroli opartej na klasycznej strategii kontroli pid, takiej jak kontrola rozmytych pidów, kontrola pid sieci neuronowej, kontrola pid ekspertów, itp .; po drugie, przyjmij dwa lub więcej nowych rodzajów strategii kontroli, takich jak rozmyte sterowanie siecią neuronową, adaptacyjna kontrola rozmyta, sterowanie bezpośrednim rozmytym momentem obrotowym, adaptacyjna kontrola rozmyta, sterowanie zmienną strukturą w trybie ślizgowym z bezpośrednim momentem obrotowym itd. Różne strategie uzupełniają się wzajemnie w celu dalszej poprawy wydajność systemu kontroli prędkości AC, a jednocześnie mają większą wytrzymałość. Złożona strategia kontroli stała się przedmiotem bieżących badań i głównym trendem w przyszłym rozwoju.
Wniosek
Na przykładzie systemu synchronicznego silnika z magnesem trwałym podstawowe zasady, zalety i wady tradycyjnej strategii sterowania, nowoczesna strategia sterowania i inteligentna strategia sterowania w układzie serwomotoru prądu przemiennego zostały opisane osobno, a technologia sterowania wysokowydajnego silnika serwo AC jest przewidywane. Trend rozwoju wskazuje, że niezależnie od tego, czy jest to tradycyjna strategia kontroli, nowoczesna strategia kontroli, czy też inteligentna strategia kontroli, każda strategia kontroli ma swoje zalety, ale jednocześnie występują pewne problemy. Trudno jest uzyskać idealny efekt kontrolny z pojedynczej strategii kontroli. Jest to kierunek rozwoju wysokowydajnej technologii sterowania serwomechanizmem AC w przyszłości, aby zbadać, w jaki sposób infiltrować i mieszać różne strategie sterowania, aby lepiej poprawić wydajność sterowania serwomechanizmem.
