基于多模智能協(xié)調(diào)控制的高性能交流伺服系統(tǒng)
曾玉金，盧小梅
（湛江師范學(xué)院湛江524048）
摘要：根據(jù)交流伺服系統(tǒng)高性能的要求，設(shè)計(jì)了一種基于多模智能協(xié)調(diào)控制的交流伺服系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該控制方法響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)，系統(tǒng)具有較好的動(dòng)、靜態(tài)性能和抗干擾能力。
關(guān)鍵詞：模糊控制；神經(jīng)控制；交流伺服系統(tǒng)；多模智能協(xié)調(diào)控制
中圖分類(lèi)號(hào)：tp273 +.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)05-0077-03
0引 言
交流伺服系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)組成，其數(shù)學(xué)模型具有非線(xiàn)性、耦合、時(shí)變的特點(diǎn)，控制策略比較復(fù)雜，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能與它所采用的控制策略有著直接的關(guān)系，每一種控制策略都有其特長(zhǎng)，但又都或多或少在某些方面存在一些問(wèn)題，因此，各種控制策略應(yīng)當(dāng)互相滲透，取長(zhǎng)補(bǔ)短，結(jié)合形成復(fù)合控制策略，以更好地提高控制性能。本文提出了一種多模智能協(xié)調(diào)控制策略，它能綜合各種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了一種基于多模智能協(xié)調(diào)控制的交流伺服系統(tǒng)，同常規(guī)變結(jié)構(gòu)控制（切換控制）相比，它把前者的點(diǎn)切換改為相對(duì)平滑的智能切換，大大提高了伺服控制的動(dòng)、靜態(tài)性能，取得了滿(mǎn)意的效果，并且無(wú)需依賴(lài)精確的數(shù)學(xué)模型，為解決如何控制存在非線(xiàn)性和不確定性的交流伺服系統(tǒng)提出了一種切實(shí)可行的方案。
l 多模智能協(xié)調(diào)控制的交流伺服系統(tǒng)
基于rbf優(yōu)化的模糊神經(jīng)混合協(xié)調(diào)控制交流伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，基于rbf優(yōu)化的模糊單神經(jīng)元混合協(xié)調(diào)控制器由粗調(diào)模糊控制器flc、細(xì)調(diào)單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器nnc和rbf優(yōu)化協(xié)調(diào)器等三個(gè)主要部分所組成。
1.1粗調(diào)模糊控制器flc
當(dāng)位置誤差較大時(shí)，我們把誤差、誤差變化率和速度給定量化總等級(jí)。采用調(diào)整因子的模糊控制表達(dá)式為：
表示對(duì)其中數(shù)據(jù)按下面原則進(jìn)行運(yùn)算：
im(x)表示對(duì)z取整。當(dāng)位置誤差較大時(shí)，取得大些，表示對(duì)誤差e的加權(quán)值大，控制的主要目的是消除誤差；而當(dāng)位置誤差較小時(shí)，更主要的控制目的是使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，準(zhǔn)確定位而無(wú)超調(diào)或小超調(diào)，因此使誤差變化率e的加權(quán)大些，即取值小些。針對(duì)不同的誤差等級(jí)范圍，分別取v值為：
將上式用來(lái)實(shí)現(xiàn)flc的模糊推理，如圖2所示，它能加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
1.2單神經(jīng)元控制器nnc
當(dāng)誤差e較大時(shí)，采用單神經(jīng)元控制器會(huì)使其權(quán)值會(huì)變得很大，甚至?xí)谟?jì)算中溢出，影響控制效果，而且由于神經(jīng)元需要不斷學(xué)習(xí)、調(diào)整權(quán)值，其響應(yīng)過(guò)程不如模糊控制快，而在誤差較小時(shí)神經(jīng)元控制器具有穩(wěn)態(tài)精度高、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，誤差較小時(shí)可以采取單神經(jīng)元控制。單神經(jīng)元結(jié)構(gòu)如圖3所示。
采取的控制策略為：
式中，umax為限幅值，由于x1、x2,、x3分別為誤差、誤差微分、誤差積分，用學(xué)習(xí)規(guī)則調(diào)整各輸入量的權(quán)值，單個(gè)神經(jīng)元就相當(dāng)于變系數(shù)的自適應(yīng)pid調(diào)節(jié)器，因此它既有自適應(yīng)能力，又具備傳統(tǒng)pid控制器的優(yōu)點(diǎn)。且使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能只依賴(lài)于其誤差信號(hào)，而不受或少受對(duì)象模型叁數(shù)的影響，從而提高系統(tǒng)的魯棒性。
1.3智能協(xié)調(diào)器rbfc
rbf網(wǎng)絡(luò)中的作用函數(shù)是高斯基函數(shù)，是局部的，因而是局部逼近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有學(xué)習(xí)速度快的優(yōu)點(diǎn)，適合于伺服系統(tǒng)盼快速性要求，故本文采用基于rbf網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器rbfc來(lái)實(shí)現(xiàn)多控制器協(xié)調(diào)控制，rbfc的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
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