Modern kontrol stratejisi
Geleneksel AC servo motor sürücü kontrol stratejisi, çoğunlukla kontrollü nesne modelinin belirlenmesi, değişmemesi ve doğrusal olması şartıyla kullanılır ve çalışma koşulları ve çalışma ortamının sabit olduğu belirlenir. Bununla birlikte, AC sabit mıknatıslı senkron motorun dinamik matematiksel modeli, doğrusal olmayan, güçlü bir şekilde bağlı, zamanla değişen çok değişkenli bir sistemdir. Yüksek performans gereklilikleri durumunda, çeşitli doğrusal olmayan etkiler, nesnenin yapısındaki ve parametrelerindeki değişiklikler ve çalışma ortamındaki değişiklikler göz önünde bulundurulmalıdır. Ve zaman zaman değişen ve belirsiz çevresel etkenler gibi faktörler. Modern kontrol teorisinin geliştirilmesi ve uygulanması, zaman zaman değişen doğrusal olmayan stokastik sistemin klasik kontrol teorisinin eksikliklerini bir dereceye kadar telafi etmektedir.
(1) Doğrudan tork kontrolü
Doğrudan tork kontrol teorisi, Alman Ruhr Üniversitesi'nden Profesör M. depenbrock ve 1980'lerde Japon bilgin i.takahash tarafından önerilen yüksek performanslı bir AC motor kontrol stratejisidir. Kontrol stratejisi ayrıca kontrol edilen nesnenin kesin matematiğine de dayanmaktadır. Model, ancak vektör kontrolünün aksine, AC motorun matematiksel modelini doğrudan stator koordinat sisteminde karmaşık koordinat dönüşümleri olmadan analiz eder. Stator alanı oryantasyonu benimsenir, ayrılma akımına gerek yoktur ve tork ve akı bağlantısı, stator akımının tork ve uyarma bileşenlerine ayrılmasını önleyen ve anahtarlama durumunu doğrudan kontrol eden iki konumlu kontrol ile doğrudan kontrol edilir. evirici. Torkun yüksek dinamik performansını elde etmek için torkun hızlı yanıtına odaklanarak iyi kontrol. Doğrudan tork kontrol alanı oryantasyonu, rotor parametrelerinden etkilenmeyen stator akı bağlantısını kullanır. Stator direnci bilindiği sürece, gözlemlenebilir ve motor parametrelerine duyarlı değildir.
Direkt tork kontrol teknolojisi, endüksiyon motorlu inverter kontrolü alanında başarıyla uygulandı ve abb bir dizi ürün lanse etti. Bununla birlikte, sabit mıknatıslı senkron motor uygulamasında, doğrudan tork kontrolünde hala bazı problemler vardır. Doğrudan tork kontrolü, manyetik zincirin histerezini kullanır ve motor torku, çalışan motorun düzgünlüğünü doğrudan etkileyen titreşimlidir. Doğrudan tork kontrolünün akı bağlantısını ve torku gözlemlemesi gerekir. Hassasiyet düşük hızlarda düşüktür, bu da düşük motor çalışma performansı ve küçük motor hız aralığı ile sonuçlanır. Motorun küçük stator endüktansı nedeniyle, motor başladığında ve yük değiştiğinde akım etkisi büyüktür ve akı bağlantısı ve tork dalgalanması büyüktür. Ek olarak, akı bağlantısının başlangıç konumu, motor dururken tahmin edilemediğinden, motoru çalıştırmak zordur. Her ne kadar yurtiçi ve yurtdışındaki bazı bilginler kalıcı mıknatıslı senkron motorun doğrudan tork kontrol stratejisini son yıllarda deniyor ve geliştiriyor olsa da, bu kontrol şeması AC servo sürücü teknolojisinin gereksinimlerini karşılamak için zor.
(2) Sürgülü mod değişken yapı kontrolü
Değişken yapı kontrolü, doğrusal olmayan kontrol kategorisine aittir ve doğrusal olmayan kontrolü, kontrolün süreksizliği, yani sistemin "yapısını" değiştiren bir anahtarlama özelliği olarak görünür. Sürgülü mod değişken yapı kontrolü sistemin matematiksel modelini bilmek zorunda değildir. Değişken yapı kontrolünün hızlı tepki verme, parametrelere duyarsızlık ve rahatsızlık değişikliklerinin avantajlarına sahip olması ve çevrimiçi tanımlama ve tasarıma ihtiyaç duymaması için sadece yaklaşık sistem parametreleri ve değişikliklerini anlamak gerekir. Düzenin azaltılması ve ayrıştırma işleviyle, sistem kayar mod durumuna girdiğinde, sistem durumunun transferi artık orijinal parametre değişikliklerinden ve sistemin dış rahatsızlıklarından etkilenmez, ancak anahtar düzleminin yakınında kaymaya zorlanır. Tam kendinden uyarlanabilirlik ve sağlamlık sayesinde sürgülü mod kontrolü sürekli mıknatıslı senkron motor servo sisteminde başarıyla uygulanmıştır. Bununla birlikte, bang-bang kontrolü nedeniyle, gevezelik problemi kaçınılmaz olarak ortaya çıkar ve gevezelik problemi, kayan mod değişken yapı kontrolünün yaygın olarak uygulanmasında büyük bir zorluktur. Şu anda, AC servo motor sisteminde, yüksek dereceli kayan kipli yapı kullanımı ve filtreleme işlemi gibi kayan kip yapısı değiştirilerek kayar kip değişken yapı kontrolünün neden olduğu kasıtsızlık sorunu bir dereceye kadar çözülmüştür.
(3) Uyarlanabilir kontrol
Uyarlanabilir kontrol, 1950'lerin başında Golcl-well tarafından önerildi. Geri besleme kontrolünü tanımlama teorisi ile birleştirir ve kontrol edilen nesnenin, sürüklenme ve çevresel rahatsızlıkların özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin sistem üzerindeki etkisini veya kontrollü işlemin çok fazla parametresi olmadığında veya bu parametrelerin normal işletimde olduğunu önerir. Özellikle yavaş değişkenler olduğunda değişiklikler, kontrol edilen nesnenin ayarlanması için belirli performans göstergeleri aranarak optimize edilir.
Halen kontrole uygulanan adaptif yöntemler, model referans uyarlamalı, parametre tanımlama öz düzeltme kontrolü ve yeni geliştirilen çeşitli doğrusal olmayan uyarlamalı kontrollerdir. Model referans uyarlamalı kontrol sistemi, kontrol nesnesinin doğru bir matematiksel modelini gerektirmez ve parametre tanımlama gerektirmez. Temel sorun, hata sinyalini sıfıra düşürürken sistemin kararlılığını sağlamak için uyarlanabilir bir parametre ayar kanunu tasarlamaktır. En büyük avantajı, uygulaması kolay ve hızlı olmasıdır. Bununla birlikte, adaptif algoritmada, matematiksel model ve kontrol sistemini zorlaştıran hantal operasyon gibi bazı problemler vardır. Örneğin, parametre tanımlama ve düzeltme biraz zaman alır. Daha hızlı parametre değişikliği olan sistemler için kontrol performansı sistem hesaplama hızından büyük ölçüde etkilenir. Uygulama sistemi donanımının, genellikle 32 bit dijital sinyal işlemcisi (DSP) veya alan programlanabilir kapı dizisi (fpga) tarafından uygulanan AC servo sürücüde yüksek olması gerekir.
(4) Doğrusal olmayan geri besleme doğrusallaştırma kontrolü
Geribeslemeli doğrusallaştırma doğrusal olmayan bir kontrol tasarım yöntemidir. Temel fikir, doğrusal olmayan bir sistemin cebirini (tamamen veya kısmen) doğrusal bir sisteme dönüştürmektir, böylelikle doğrusal sistemin becerileri uygulanabilir. Bu ve sıradan doğrusallaştırma arasındaki temel fark, geribildirim doğrusallaştırmasının, sistemin doğrusal yaklaşımı ile elde edilememesi değil, durum geçişi ve geri besleme ile elde edilmesidir. Son yıllarda, doğrusal olmayan kontrol sistemlerinin teorik araştırma sonuçları, doğrusal olmayan durum geri bildiriminin ve uygun koordinat dönüşümünün belirli koşullar altında bir afin olmayan doğrusal olmayan sistemi doğru bir şekilde doğrusallaştırmak için kullanılabileceğini göstermektedir ve bu durum geri bildirimi kontrol sistemini garanti edebilir. Kararlılık ve iyi dinamik kalite. Kesin geri besleme doğrusallaştırma kontrol yöntemine dayanarak, kalıcı mıknatıslı senkron motorun doğrusallaştırılmış kontrol modeli oluşturulmuştur. Geri besleme doğrusallaştırma kontrolünden sonra, d ve q eksenlerinin ayrışma kontrolü gerçekleştirilebilir, mevcut takip performansı iyidir ve tork tepkisi hızlıdır. Hız adımı tepkisi, statik fark olmadan, küçük aşma ve kısa geçiş süreci olmadan kademeli olarak belirli bir değere yakınlaşabilir.
(5) Akıllı kontrol stratejisi
Klasik veya modern kontrol stratejileri, motorun matematiksel modeline dayanır ve temel olarak karmaşık ve belirsiz sistemlerin kontrol sorunlarını ele almaz. Akıllı kontrol stratejisi doğrusal olmayan özelliklere sahiptir ve daha karmaşık kontrol nesneleri, ortamları ve görevleri olan sistemleri çözebilir. Akıllı kontrol, kontrol edilen nesne modeline bağımlılıktan kurtulur ve sadece gerçek etkiye göre kontrol eder. Kontrolde, sistem belirsizliği ve yanlışlığı çözülebilir.
Akıllı kontrol stratejileri arasında bulanık kontrol, sinir ağı kontrolü, uzman sistem kontrolü ve sağlam kontrol ve genetik algoritma kontrolü bulunmaktadır. Bulanık kontrol ve sinir ağı kontrol stratejileri, kalıcı mıknatıslı senkron motor servo sistemi uygulamasında olgunlaşmıştır.
(6) Bulanık kontrol
Bulanık kontrol, bulanık kümelenme, bulanık dilbilimsel değişkenler ve bulanık mantık mantığına dayanan bir tür bilgisayar sayısal kontrolüdür. Bulanık kontrol, matematiği ve bulanıklığı birleştirir ve teorik temeli olarak bulanık kümeleri, bulanık dilsel değişkenleri ve bulanık akıl yürütmeyi kullanır; yani, insanlar tarafından her gün kullanılan kavramlardaki belirsizliği kontrol kuralları olarak tanımlamak için bulanık kümeleri kullanarak kontrol kuralları olarak sistemi kontrol etmek için makine simülasyonu kullanmak, yetenekli operatörlerin ve uzmanların kontrol deneyimini ve yöntem bulanık kontrolünü gerçekçi olarak taklit edebilir.
Bulanık mantık, doğru matematiksel modellere bağlı değildir. Gerçek sistemin giriş ve çıkış verilerine göre, saha operatörlerinin çalışma tecrübesine göre sistem gerçek zamanlı olarak kontrol edilebilir. Bu nedenle, doğrusal olmayan sistemlerin kontrol problemlerini çözmek için uygundur; Zamanla değişen ve zaman gecikmeli sistemler için uygun, iyi yapışkanlık ve güçlü adaptasyon. Bununla birlikte, bulanık kontrol kendi kendine öğrenme yeteneği güçlü değildir ve tasarım kontrol kuralları, sistemin yanlış olmasına neden olabilecek deneyime ve uzman bilgisine bağlıdır. Sadece bulanık kontrol stratejisinin benimsenmesi, daha fazla kontrol kuralları gerektirir, personelin çok fazla tecrübesi gerektirir ve kontrol hassasiyeti göreceli olarak düşüktür. Bulanık kontrol teknolojisi, AC servo motor sistemi akım regülatörü ve hız regülatörü tasarımında iyi uygulanmıştır. Bununla birlikte, yüksek dinamik gereksinimleri olan servo sistemde, teknolojinin daha da geliştirilmesi gerekmektedir.
(7) Yapay sinir ağı kontrolü
Sinir ağının araştırılması 1940'ların başında başladı. 1980'lerde, sinir ağı teorisi bir atılım yaptı ve akıllı kontrolün önemli bir dalı haline geldi.
Sinir ağı, insan kranial sinirlerinin yapısını ve işlevini mühendislik teknikleriyle simüle eden bir bilgi işlem sistemine işaret eder. Sinir ağı kontrolü, hesaplama fonksiyonunu fiziksel ağa yerleştirir. Hesaplama işleminde, her temel işlem bununla ilgili bir bağlantıya sahiptir. Sinir ağı modeli, bilgilerin işlenmesi, işlenmesi ve depolanması dahil olmak üzere insan beyni nöronlarının aktivite sürecini simüle eder. Her bir nöron, çeşitli bilgilerin içeriğinin bir bölümünü depolar ve bazı nöron hasarları ve bilgilerin imhası, ağın yalnızca kısmen zayıflamasına yol açar. Sinir ağının bilgi dağıtım depolaması, paralel işleme, doğrusal olmayan yaklaşım, kendi kendine öğrenme ve öz-örgütlenme yeteneği avantajları vardır. Rasgele karmaşık doğrusal olmayan sistemleri tam olarak tahmin edebilir ve ciddi derecede belirsiz sistemlerin dinamik özelliklerini öğrenebilir ve uyarlayabilir. Sağlamlık, insan imajı düşünmesini simüle etme becerisiyle, modellerle veya kurallarla tanımlanması zor olan sistemlerle başa çıkmak için uygundur. Son yıllarda, insanlar geleneksel yöntemlerle çözülmesi zor olan problemleri çözmek için sinir ağı kontrol teknolojisini (veya yapay zeka ai) AC motor sürücü kontrol sistemlerine uygulamaya çalışmaya başlamıştır. AI ayar sisteminin kullanımı iyi gürültü önleme özelliklerine, hataya dayanıklılık ve ölçeklenebilirliğe sahiptir ve parametrelere dayanıklıdır. Gelecekteki motor kontrol teknolojisinin önemli bir gelişme yönüdür.
Yüksek performanslı AC servo kontrol teknolojisi geliştirme eğilimi
Sabit mıknatıslı senkron motora dayanan servo sistemi, servo kontrolün gelişim yönüdür. AC servo kontrolünü uygulamak için birçok yöntem olmasına rağmen, düşük sistem doğruluğu, düşük güvenilirlik ve düşük hız performansı gibi problemler devam etmektedir.
İster geleneksel bir kontrol stratejisi, ister modern bir kontrol stratejisi, isterse akıllı bir kontrol stratejisi olsun, her kontrol stratejisinin avantajları vardır, ancak aynı zamanda bazı problemler de vardır. İdeal kontrol etkisini tek bir kontrol stratejisinden elde etmek zordur. Servo sistemin kontrol performansını daha iyi iyileştirmek için çeşitli kontrol stratejilerine nasıl sızılacağını ve birleştirileceğini keşfetmek gelecekte yüksek performanslı AC servo kontrol teknolojisinin gelişme yönüdür. Şu anda, kompozit kontrol stratejisinin esas olarak iki şekli vardır: Birincisi, bulanık pid kontrolü, sinir ağı pid kontrolü, uzman pid kontrolü, vb. Gibi klasik pid kontrol stratejisine dayanan yeni bir kontrol stratejisinin benimsenmesidir; ikincisi, iki veya daha fazla yeni kontrol türünü benimsemek: Bulanık sinir ağı kontrolü, uyarlanabilir bulanık kontrolü, bulanık doğrudan tork kontrolü, uyarlanabilir bulanık kontrolü, doğrudan tork kayma modu değişken yapı kontrolünü, vb. gibi stratejiler. AC hız kontrol sisteminin performansı ve aynı zamanda daha güçlü sağlamlığa sahiptir. Kompozit kontrol stratejisi, mevcut araştırmaların odağı ve gelecekteki gelişiminde önemli bir eğilim haline geldi.
Sonuç
Sürekli mıknatıslı senkron motor sistemini örnek alarak, geleneksel kontrol stratejisinin temel prensipleri, avantajları ve dezavantajları, modern kontrol stratejisi ve AC servo motor sistemindeki akıllı kontrol stratejisi ayrı ayrı tanımlanmış ve yüksek performanslı AC servo motor sisteminin kontrol teknolojisi ayrı ayrı tanımlanmıştır. tahmin ediliyor. Gelişme eğilimi, geleneksel bir kontrol stratejisi, modern bir kontrol stratejisi veya akıllı bir kontrol stratejisi olup olmadığına, her kontrol stratejisinin kendi avantajlarına sahip olduğuna, ancak aynı zamanda bazı sorunların da olduğuna dikkat çekiyor. İdeal kontrol etkisini tek bir kontrol stratejisinden elde etmek zordur. Servo sistemin kontrol performansını daha iyi iyileştirmek için çeşitli kontrol stratejilerine nasıl sızılacağını ve birleştirileceğini keşfetmek gelecekte yüksek performanslı AC servo kontrol teknolojisinin gelişme yönüdür.
