Strategia de control modernă
Strategia tradițională de comandă a servomotorului AC este utilizată în cea mai mare parte cu condiția ca modelul obiect controlat să fie determinat, să nu se schimbe și să fie liniar, iar condițiile de funcționare și mediul de funcționare să fie determinate ca fiind constante. Totuși, modelul matematic dinamic al motorului sincron cu magnet permanent permanent este un sistem multivariabil neliniar, puternic cuplat, care variază în funcție de timp. În cazul cerințelor de performanță ridicată, trebuie avute în vedere diferite efecte neliniare, schimbări în structura și parametrii obiectului și schimbări în mediul de operare. Și factori care variază în funcție de timp și nesigur, cum ar fi tulburările de mediu. Dezvoltarea și aplicarea teoriei moderne a controlului într-o oarecare măsură compensează neajunsurile teoriei clasice de control la sistemul stochastic neliniar care variază în timp.
(1) Control direct al cuplului
Teoria controlului direct al cuplului este o strategie de control al motorului de înaltă performanță, propusă de profesorul M. depenbrock de la Universitatea Germană din Ruhr și de cercetătorul japonez i.takahash în anii 1980. Strategia de control se bazează, de asemenea, pe matematica precisă a obiectului controlat. Modelul, spre deosebire de controlul vectorial, analizează modelul matematic al motorului AC direct în sistemul de coordonate stator fără transformări complexe de coordonate. Se adoptă orientarea câmpului stator, nu este nevoie de curent de decuplare și cuplarea cuplului și a fluxului este controlată direct de comanda 砰砰 cu două poziții, care evită descompunerea curentului statoric în componente de cuplu și excitație și controlează direct starea de comutare a invertorul. Control bun, concentrându-se pe răspunsul rapid al cuplului pentru a obține performanțe dinamice ridicate ale cuplului. Orientarea directă a câmpului de control al cuplului utilizează legătura fluxului stator, care nu este afectată de parametrii rotorului. Atât timp cât rezistența statorului este cunoscută, ea poate fi observată și nu este sensibilă la parametrii motorului.
Tehnologia de control direct al cuplului a fost aplicată cu succes în domeniul controlului invertorului cu inducție, iar abb a lansat o serie de produse. Cu toate acestea, în aplicarea motorului sincron cu magnet permanent, există încă unele probleme în controlul direct al cuplului. Comanda directă a cuplului folosește histerezisul lanțului magnetic și cuplul motorului este pulsator, ceea ce afectează în mod direct buna funcționare a motorului. Controlul direct al cuplului trebuie să respecte legătura fluxului și cuplul. Precizia este slabă la turații reduse, ducând la o performanță slabă a motorului și la un interval mic de viteze al motorului. Datorită inductanței mici a statorului motorului, impactul curent este mare atunci când motorul pornește și sarcina se schimbă, iar legătura fluxului și cuplul de cuplu sunt mari. În plus, deoarece poziția inițială a legăturii de flux nu poate fi estimată atunci când motorul este staționar, motorul este dificil de pornit. Deși unii savanți acasă și în străinătate au încercat și îmbunătățit strategia directă de control a cuplului motorului sincrone cu magnet permanent în ultimii ani, această schemă de control este dificil de îndeplinit de cerințele tehnologiei AC servo.
(2) Controlul structurii variabile a modului culisant
Controlul structurii variabile aparține categoriei de control neliniar, iar neliniaritatea acesteia apare ca discontinuitatea controlului, adică o caracteristică de comutare care modifică "structura" sistemului. Modul de control variabil al structurii variabile nu trebuie să cunoască modelul matematic al sistemului. Trebuie doar să înțeleagă intervalul aproximativ al parametrilor sistemului și modificările acestora, astfel încât controlul structurii variabile să aibă avantajele răspunsului rapid, insensibilității la parametrii și modificărilor de perturbări și nu este nevoie de identificare și design online. Cu funcția de reducere a ordinii și a decuplării, atunci când sistemul intră în starea modului de alunecare, transferul stării sistemului nu mai este afectat de modificările inițiale ale parametrilor și de perturbațiile externe ale sistemului, dar este forțat să alunece lângă planul de comutare , cu adaptabilitate completă și robustețe, astfel încât controlul modului de alunecare a fost aplicat cu succes în servomotorul cu motor sincron cu magnet permanent. Cu toate acestea, datorită controlului bang-bang, problema tulburerii este cauzată în mod inevitabil, iar problema tulburerii este o dificultate majoră în aplicarea pe scară largă a controlului structurii variabile a culiselor. În prezent, în sistemul servomotor AC, prin modificarea structurii modulului de alunecare, cum ar fi utilizarea structurii modului de alunecare de înaltă ordine și procesarea filtrării, problema rezolvării problemei cauzată de controlul structurii variabile a modului de alunecare este rezolvată într-o oarecare măsură.
(3) Control adaptiv
Controlul adaptiv a fost propus de Golcl-well la începutul anilor 1950. Combină controlul feedback-ului cu teoria identificării și propune influența schimbărilor în caracteristicile obiectului controlat, drift și perturbarea mediului în sistem sau atunci când nu există mulți parametri ai procesului controlat sau acești parametri sunt în stare normală de funcționare. Modificările, în special atunci când există variabile lente, sunt optimizate prin căutarea anumitor indicatori de performanță pentru a finaliza ajustarea obiectului controlat.
Metodele adaptive aplicate în prezent pentru control sunt modelul de referință adaptiv, controlul auto-corecției identificării parametrilor și diferitele controale adaptive nelineare nou dezvoltate. Sistemul de control adaptiv de referință al modelului nu necesită un model matematic precis al obiectului de control și nu necesită identificarea parametrilor. Problema cheie este aceea de a elabora o lege de ajustare adaptivă a parametrilor pentru a asigura stabilitatea sistemului, în timp ce semnalul de eroare are tendința de a zero. Principalul avantaj este că este ușor de implementat și rapid. Cu toate acestea, există unele probleme în algoritmul adaptiv, cum ar fi modelul matematic și operațiunea greoaie, ceea ce complică sistemul de control. De exemplu, identificarea și corectarea parametrilor necesită o perioadă de timp. Pentru sistemele cu modificări mai rapide ale parametrilor, performanța de control este puternic afectată de viteza de calcul a sistemului. Hardware-ul sistemului de aplicații trebuie să fie ridicat în unitatea servo AC, care este în general implementată de un procesor de semnal digital pe 32 de biți (DSP) sau de o arteră portabilă programabilă (fpga).
(4) Controlul linearizării feedback-ului neliniar
Feedbackul liniarizării este o metodă de proiectare a controlului neliniare. Ideea principală este de a transforma o algebra neliniară într-un sistem liniar (total sau parțial), astfel încât abilitățile sistemului liniar să poată fi aplicate. Diferența fundamentală dintre aceasta și liniarizarea obișnuită este că liniarizarea feedback-ului nu este obținută prin aproximarea liniară a sistemului, ci prin tranziția de stat și feedback-ul. În ultimii ani, rezultatele cercetărilor teoretice ale sistemelor de control neliniare arată că feedback-ul de stat neliniar și transformarea corespunzătoare a coordonatelor pot fi folosite pentru a lineariza cu exactitate un sistem afinar neliniar în anumite condiții, iar acest feedback de stat poate garanta sistemul de control. Stabilitate și calitate dinamică bună. Pe baza metodei precise de control al linearizării feedback-ului, se stabilește modelul de control linearizat al motorului sincron cu magnet permanent. După controlul de linearizare a feedback-ului, se poate realiza controlul decuplării axelor d și q, performanța curentă de urmărire este bună, iar răspunsul la cuplu este rapid. Răspunsul la pasul de viteză se poate converti treptat la o valoare dată, fără diferențe statice, depășire mică și proces de tranziție scurt.
(5) Strategie inteligentă de control
Strategiile de control clasice sau moderne se bazează pe modelul matematic al motorului și nu abordează în mod fundamental problemele de control ale sistemelor complexe și nesigure. Strategia inteligentă de control are caracteristici neliniare și poate rezolva sisteme cu obiecte de control mai complexe, medii și sarcini. Controlul inteligent scapă de dependența de modelul obiect controlat și controlează numai în funcție de efectul real. În control, incertitudinea și inexactitatea sistemului pot fi rezolvate.
Strategiile inteligente de control includ controlul fuzzy, controlul rețelei neuronale, controlul sistemului expert, controlul robust și controlul algoritmului genetic. Controlul fuzzy și strategiile de control al rețelelor neuronale sunt mature în aplicarea servomotorului motorului sincron cu magnet permanent.
(6) Controlul fuzzy
Controlul fuzzy este un fel de control numeric calculat pe baza agregării fuzzy, a variabilelor lingvistice fuzzy și a raționamentului logic fuzzy. Controlul fuzzy unifică matematica și fuzzy și folosește seturi fuzzy, variabile lingvistice fuzzy și raționamente fuzzy ca bază teoretică, adică folosind seturi fuzzy pentru a descrie ambiguitatea în conceptele folosite de oameni de zi cu zi, cu cunoștințe anterioare și expertiză ca reguli de control , folosind simularea mașinii pentru a controla sistemul, poate imita în mod realist experiența de control și metoda de control fuzzy a operatorilor calificați și a experților.
Argumentarea fuzzy nu depinde de modele matematice exacte. Conform datelor de intrare și de ieșire ale sistemului actual, sistemul poate fi controlat în timp real cu referire la experiența de operare a operatorilor de teren. Prin urmare, este potrivit pentru rezolvarea problemelor de control ale sistemelor neliniare; Bunăstabilitate și adaptabilitate puternică, potrivite pentru sisteme cu timp variabil și cu întârziere în timp. Cu toate acestea, capacitatea de auto-învățare a controlului fuzzy nu este puternică, iar regulile de control al designului depind de experiența și cunoștințele de specialitate, ceea ce poate determina inexactitatea sistemului. Pur și simplu adoptarea strategiei de control fuzzy necesită mai multe reguli de control, necesită multă experiență a personalului, iar precizia controlului este relativ scăzută. Tehnologia de control fuzzy a fost bine aplicată în proiectarea regulatorului de curent AC și a regulatorului de viteză. Cu toate acestea, în servosistemele cu cerințe dinamice ridicate, tehnologia trebuie îmbunătățită în continuare.
(7) Controlul rețelei neuronale
Cercetarea rețelei neuronale a început la începutul anilor 1940. În anii 1980, teoria rețelei neuronale a făcut un progres și a devenit o ramură importantă a controlului inteligent.
Rețeaua neurală se referă la un sistem de procesare a informațiilor care simulează structura și funcția nervilor cranieni umani prin tehnici de inginerie. Controlul rețelei neuronale încorporează funcția de calcul în rețeaua fizică. În procesul de calcul, fiecare operație de bază are o conexiune corespunzătoare cu aceasta. Modelul rețelei neuronale simulează procesul de activitate al neuronilor creierului uman, inclusiv prelucrarea, prelucrarea și stocarea informațiilor. Fiecare neuron stochează o parte din conținutul unei varietăți de informații, iar unele daune neuronale și distrugerea informațiilor conduc doar la slăbirea parțială a rețelei. Rețeaua neuronală are avantajele stocării informațiilor de informație, procesării paralele, aproximării neliniare, capacității de auto-învățare și autoorganizării. Acesta poate aproxima complet sistemele neliniare arbitrar complexe și poate învăța și adapta la caracteristicile dinamice ale sistemelor extrem de incerte. Robustețea, cu capacitatea de a simula gândirea imaginii umane, este potrivită pentru abordarea sistemelor dificil de descris cu modele sau reguli. În ultimii ani, oamenii au început să încerce să aplice tehnologia de control al rețelei neuronale (sau inteligența artificială ai) la sistemele de comandă cu motor cu curent alternativ pentru a rezolva problemele dificil de rezolvat prin metode tradiționale. Utilizarea sistemului de ajustare ai are caracteristici bune de suprimare a zgomotului, toleranță la erori și scalabilitate și este robustă pentru parametri. Este o direcție importantă de dezvoltare a viitoarei tehnologii de control al motorului.
Tehnologia de servo control de înaltă performanță cu tendință de dezvoltare a tehnologiei
Servomotorul bazat pe motorul sincron cu magnet permanent este direcția de dezvoltare a servo controlului. Deși există numeroase metode pentru implementarea servo controlului AC, există încă probleme cum ar fi precizia scăzută a sistemului, fiabilitatea slabă și performanța cu viteză redusă.
Fie că este vorba de o strategie tradițională de control, de o strategie modernă de control, fie de o strategie inteligentă de control, fiecare strategie de control are avantajele sale, dar în același timp există unele probleme. Este dificil să se obțină efectul de control ideal dintr-o strategie de control unică. În viitor, direcția de dezvoltare a tehnologiei de control al servomecanismului de înaltă performanță este de a explora modul de infiltrare și combinare a diferitelor strategii de control pentru îmbunătățirea performanțelor de control ale servo sistemului. În prezent, strategia compozită de control are în principal două forme: una este adoptarea unei noi strategii de control bazate pe strategia clasică de control pid, cum ar fi controlul fuzzy pid, controlul pid al rețelei neuronale, controlul expertului pid etc; în al doilea rând, să adopte două sau mai multe noi tipuri de strategii de control, cum ar fi controlul neuronilor fuzzy, controlul fuzzy adaptiv, controlul torsional direct al fuzzy, controlul fuzzy adaptiv, controlul variabil al structurii variabile a cuplului etc. performanțele sistemului de control al vitezei AC și, în același timp, au o robustețe mai puternică. Strategia compusă de control a devenit punctul central al cercetării actuale și o tendință majoră în dezvoltarea viitoare.
Concluzie
Luând în considerare sistemul de motor sincron cu magnet permanent, ca exemplu, principiile de bază, avantajele și dezavantajele strategiei tradiționale de control, strategia de control modern și strategia inteligentă de control în servomotorul AC sunt descrise separat, iar tehnologia de control a sistemului de servomotoare AC de înaltă performanță este prezis. Tendința de dezvoltare arată că, fie că este vorba de o strategie tradițională de control, de o strategie modernă de control sau de o strategie inteligentă de control, fiecare strategie de control are avantajele sale, dar în același timp există și unele probleme. Este dificil să se obțină efectul de control ideal dintr-o strategie de control unică. În viitor, direcția de dezvoltare a tehnologiei de control al servomecanismului de înaltă performanță este de a explora modul de infiltrare și combinare a diferitelor strategii de control pentru îmbunătățirea performanțelor de control ale servo sistemului.
