控制策略在交流伺服中發(fā)揮著至關重要的作用,優(yōu)良的控制策略不但可以彌補硬件設計方面的不足,而吐Q2提高系統的性能?刂撇呗灾饕ń涣麟妱訖C控制技術和系統的主要調節(jié)控制策略。高性能的交流伺服系統對控制策略的要求概括為:不但要求系統具有快速的動態(tài)響應和高的動、靜態(tài)精度,而巳系統對參數的變化和擾動不敏感。
交流電動機是—個非線性、事變量、強耦合的高階控制對象,交搖臂鉆床流電動機的控制常使用矢量控制,也叫磁場的定向控制。磁場定向控制的目的是為了將耦合項解耦,使交流電動機動態(tài)特性線性化,轉矩方程類似于直流電動機的轉矩方程,這樣僅需要控制轉矩命令電流的劃、,就町以控制轉矩。即使這樣,由于丁業(yè)現場信號不容易測量,狀態(tài)變量不能實現直接測量,增加了控制的難度;另一方面,參數的變化和√;確定性,例如,轉子的電阻隨著電動機運行及溫度的升高其變化幅度可以達到100%,而負載由于各種上業(yè)條件的限制,搖臂鉆床也是變化的,此時要求控制器具有劉參數變化和擾動的魯棒性。因此,為了進一步提高交流電動機伺服系統的動、靜態(tài)性能,增強抗干擾能力,近年來國內外專家采用現代控制理論和方法進行了/’泛深入地研究井取得顯著進步。
1.矢量變換控制技術
矢量控制是由德國西門于公司的F.Blaschke于1971年提出的,矢量控制理論使交流電動機的控制獲得質的飛躍。矢量控制采用欠量變換的方法,通過把交流電動機的磁通與轉矩的控制解耦,將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程,使交流調速系統的動態(tài)性能得到顯著的改善和提高,從而使交流調速取代直流調速成為可能。實踐證明,采用矢量控制的交流調速系統的特性優(yōu)于直流調速系統;但矢量控制的缺點是:其系統結構復雜,
運算量大,電動機參數變化等都影響系統的搖臂鉆床性能。
2.直接轉矩控制技術
直接轉矩控制技術(Direct Torque Control,DTC)是由德國的Depenbrolk教授于1985年提出的,這種方法足將矢量控制中以轉子磁通定向更換為以定子磁通定向,通過轉矩偏差和定于磁通偏差確定電壓矢量,沒有復雜的坐標變換,在線計算量比較小,實叫性較強。直接轉矩控制不需要解耦簡化電動機的數學模型,強調對電動機轉矩的直接控制,控制思想新穎,結構簡單,省掉了矢量旋轉變換竹復雜的變換和搖臂鉆床計算,是‘稈高性能的交流調速方法。
3.線性控制
巾于交流電動機是一個事變量、強耦合的非線性系統,應用非線性控制理論研究其控制策略,應該更能揭不問題的本質。1987年Mafijallic’—Spong等人首次提出將基于微分兒何的非線性反饋線性化理論應用于交流電動機控制并取得很好的效果。交流電動機的非線性控制足通過非線性狀態(tài)反饋和非線性變換實現系統的動態(tài)解耦和全局線性化,將非線性、多變量、強耦合的異步電動機系統分解成兩搖臂鉆床個獨立的線性單變量系統,其巾轉子磁鏈了系統由兩階慣性環(huán)節(jié)組成,轉速子系統山一個積分環(huán)竹和一個慣性環(huán)節(jié)組成,兩個子系統的調節(jié)器可以拄線性控制器理論分別設計,從而使系統達到預期的性能指標。
4.PID控制
PID控制是比例(P)、積分(1)\微分(D)控制的簡稱。只要比例數、積分時間、微分時間三個參數整定恰當,就可以避免調節(jié)過程過分振蕩,父能實現無級控制,而且具有搖臂鉆床抑制超調的作用,能夠有效地劃R動態(tài)誤差和縮短調節(jié)過程時間。PID控制結構簡單、算法易懂,使用方便、適用性廣、魯棒性強,是工業(yè)過程挎制中常見的控制器,Pm控制回路占世界丁業(yè)控制回路總數的80%~90%
5、自適應控制
自適用控制可分為模型參考白適應擰制和白校正自適應控制等類型,在交流電動機參數估計和提高系統動態(tài)性能方血有著廣泛的應用。但白適應控制算法的運算量較人,如果應用于高性能的伺服驅動系統有較大的田難。因此人部分只是對個別參數進行在線辨識,實現部分參數的自適應.
6.滑模變結構控制
滑模變結構控制是在20世紀六七寸年代發(fā)展起來的;舅枷胧牵航o定狀態(tài)空間的若干切換面,對每個切換面的不同側施以不同的控制規(guī)律。當運動在切換面的搖臂鉆床不同側時,系統的相軌跡拓撲也不同。如果這樣的控制能使得整個或其部分切換面成為可能的相軌跡終:L點,就稱該控制為變結構控制;W兘Y構控制主要特點在于其控制的不連續(xù)性,即一種使系統的結構隨時變化的開關特性。依據系統的狀態(tài)(偏差及各階導數等)使系統的結構以階躍方式有目的地變化,使系統沿預定的“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運動,實現預期設計的控制性能。
當滑動模態(tài)發(fā)生變化時,系統被強制在開關平面附近滑動,因而對耦合、擾動、時變等均不敏感,表現出良好的魯棒性。但是滑模結構控制在實際工程應用中還是遇搖臂鉆床到許多困難,例如,高的開關損耗使得系統具有良好的魯棒性的同時會發(fā)生“抖振”現象。為了減弱“抖振”,遺傳算法和模糊控制等許多方法得到了應用。
7.模糊控制和神經網絡控制
目前,智能擰制在交流傳動應用中較為成熟的主要是模糊控制理論和神經網絡控制。模糊控制是將數學和模糊性統一起來,使控制器能更逼真地模仿熟練操作人員和專家的控制經驗和方法。模糊控制能解決許多復雜的而無法建立精確的數學模型的系統的控制問題,是處理控制系統中不確定和不精確性的一種有效方法。模糊控制特別適合于非線性、強耦合、多變量的控制對象,因此,在交流電動機的搖臂鉆床控制應用中有較強的優(yōu)勢。
神經網絡的計算是將計算函數嵌入物理網絡中,對計‘算過程的每一個基本操作都存在與之對應的連接。神經網絡在處理自學習、自組織、自聯想及容錯方面都有非凡的能力。神經網絡對參數變化的影響比較小,對被控制模型精度要求不高,抗干擾能力強。應用于交流調速中,可以克服系統中非線性因素的影響,這是傳統的控制方法無法比擬的。但是神經網絡目前仍存在許多理論問題需要加以解決,例如,算法太復雜,神經元模型結構、網絡的結構調整學習與參數的結合,網絡的穩(wěn)定性和收斂性的證明也比較困難,尚待進一步完善。
8.基于遺傳算法的優(yōu)化技術
遺傳算法是一種非常熱門的最優(yōu)化算法,其主要的優(yōu)點足穩(wěn)定性高,在不需要其他領域知識的情況下就可以最優(yōu)化運算,如果配合一些領域知識,還可以搖臂鉆床加快其運算速度。遺傳算法透過編碼技術將可行解轉換成染色體,同時采用大量可行解直接在解空間中進行搜索,在搜索過程中交換信息,能夠避免在最優(yōu)化過程中陷入局部最優(yōu)解的困境,向整體最優(yōu)解收斂。在許多的控制應用上,使用遺傳算法獲得最優(yōu)的控制參數。
9.復合控制策略
每種控制策略獨有其特土,但義都存在一些問題,囚此,各種控制策略應當相斤滓透和復合,克服單一策略的不足,結合而形成復合的控制策略,提高控制性能,更好地滿足各種應用的需搖臂鉆床要,所以復合控制策略將是今后控制策略發(fā)展的一種方向和趨勢。有模糊 神經網絡控制、模糊變結構控制、漣接轉矩滑模變結構控制、白適應模糊控制等。隨著應用研究的發(fā)展,復合控制策略的類削將寸;斷地衍十和發(fā)展,復合控制策略的優(yōu)勢也將越來越明顯。