基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的兩電動(dòng)機(jī)同步系統(tǒng)研究
張運(yùn)芳1,2，陳榮1，趙永建2
(1鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城224051；2江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212013)
摘要：以多變量、非線性、強(qiáng)耦合的兩電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)變頻器供電的感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)研究，建立兩電機(jī)同步系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。采用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)pid控制器，結(jié)合自適應(yīng)神經(jīng)元解耦補(bǔ)償?shù)慕怦羁刂萍夹g(shù)，設(shè)計(jì)了兩電機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和皮帶張力的解耦控制。
關(guān)鍵詞：同步系統(tǒng)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；解耦控制；電動(dòng)機(jī)；控制器
中圖分類號(hào)：tm346 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004—7018(2009)11—0053—04
o引 言
多電機(jī)同步系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、軍事及航空等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。自從1980年koren提出交叉耦合控制以來(lái)，諸多科學(xué)工作者圍繞多電軸協(xié)調(diào)控制展開了進(jìn)一步的研究，特別是20世紀(jì)90年代，guo等把雙線性理論應(yīng)用到多電機(jī)的控制上，1992年tomizuka等又把自適應(yīng)前饋控制策略應(yīng)用到交叉耦合控制器中，以提高瞬問(wèn)響應(yīng)和抗干擾能力[1]。1999年韓國(guó)首爾大學(xué)的seok和seung—h0等根據(jù)實(shí)際平均轉(zhuǎn)子速度和參考張力設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)解耦控制[2]。2000年?yáng)|北大學(xué)張殿華等用偽對(duì)角化方法設(shè)計(jì)交叉耦合控制器，使補(bǔ)償后的系統(tǒng)具有對(duì)角占優(yōu)的特性，實(shí)現(xiàn)活套和張力解耦控制[3]。2002年?yáng)|南大學(xué)戴先中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的α階逆系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)了速度和張力的完全解耦控制[4]。以上控制方法大多依賴系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，但交流電機(jī)是高階、強(qiáng)耦合、非線性時(shí)變的復(fù)雜控制對(duì)象，較難獲得它的精確數(shù)學(xué)模型，這使傳統(tǒng)的線性定參數(shù)hd控制調(diào)節(jié)難以達(dá)到控制要求，同時(shí)工業(yè)生產(chǎn)中要求實(shí)現(xiàn)速度和張力的解耦控制，更增加了控制難度。
本文針對(duì)電流跟蹤型spwm變頻器供電的多電機(jī)同步系統(tǒng)，建立了兩臺(tái)電機(jī)同步控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。采用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的白適應(yīng)pid控制器，結(jié)合自適應(yīng)神經(jīng)元解耦補(bǔ)償?shù)慕怦羁刂萍夹g(shù)，設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，實(shí)現(xiàn)了兩電機(jī)同步系統(tǒng)速度和張力的解耦控制。該控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有自學(xué)習(xí)自適應(yīng)的能力，能夠適應(yīng)環(huán)境的變化。
1兩電機(jī)同步系統(tǒng)物理模型
兩電機(jī)同步系統(tǒng)模型如圖1所示。一臺(tái)電機(jī)為主令電機(jī)，另一臺(tái)為從動(dòng)電機(jī)，各臺(tái)電機(jī)軸通過(guò)減速機(jī)與軋棍相連，軋棍問(wèn)為連接皮帶，經(jīng)皮帶中央的浮
動(dòng)輥給皮帶施加張力。根據(jù)給定主令電機(jī)的速度及給定皮帶的張力，調(diào)節(jié)從動(dòng)電機(jī)的速度，以滿足系統(tǒng)速度和張力的控制要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制。根據(jù)虎克定律，考慮前滑量，張力具有以下的形式[6],即:
式中:k為傳遞系數(shù)，k=e/v;t為張力變化常數(shù)，t=l0/av；f為皮帶張力；r1、k1為第l臺(tái)皮帶輪(軋輥1)的半徑、速比；r2、k2為第2臺(tái)皮帶輪(軋輥2)的半徑、速比；ωr1,ωr2分別電機(jī)l和電機(jī)2的電角速度；np1,np2分別為電機(jī)l和電機(jī)2的極對(duì)數(shù)；a為皮帶截面積；e為皮帶的楊氏彈性模量；l。為機(jī)架間的距離；v為期望速度。
從張力公式中可以看出，電機(jī)的速度與張力之間存在著耦合關(guān)系，它們相互影響，任何一個(gè)量的變化都會(huì)引起其它量的變化。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制，就必須對(duì)系統(tǒng)中的速度和張力進(jìn)行解耦。
2兩電機(jī)同步系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
2．1兩電機(jī)同步系統(tǒng)常規(guī)pid控制
兩電機(jī)同步系統(tǒng)常規(guī)hd控制框圖如圖2所示。圖中，ω 2為主令電機(jī)的速度給定值，ω r2  為主令電機(jī)的速度實(shí)際值，由光電編碼器檢測(cè)得到；f。為皮帶張力的給定值，f為皮帶張力的實(shí)際值，由張力傳感器檢測(cè)得到。由于張力本質(zhì)上是由兩臺(tái)電機(jī)間的速度差決定[5]，因此根據(jù)主令電機(jī)速度給定與張力pid控制器輸出的差來(lái)調(diào)節(jié)從動(dòng)電機(jī)的速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶張力的控制。
由于變頻器與感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)為一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，同時(shí)皮帶的動(dòng)力學(xué)特性復(fù)雜，張 |
