單神經(jīng)元PID滑模平行復(fù)合控制交流電伺服系統(tǒng)

1、單神經(jīng)元pid滑模平行復(fù)合控制交流電伺服系統(tǒng)摘要：考慮改變負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量的交流電位置伺服系統(tǒng)，單神經(jīng)元pid和滑模并 聯(lián)復(fù)合控制策略強干擾的建議。并行架構(gòu)，由位置環(huán)的滑模變結(jié)構(gòu)控制和單神經(jīng)元pid 控制器的設(shè)計中?；？刂埔种茀?shù)攝動和負載擾動，單神經(jīng)元pid控制的實現(xiàn)比例、 積分、微分傳統(tǒng)的pid控制器參數(shù)的在線調(diào)整。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的并行復(fù)合控制 器可以保證靜態(tài)和動態(tài)的系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞:單神經(jīng)元pid控制;滑模變結(jié)構(gòu)控制;交流伺服系統(tǒng);復(fù)合控制；并行的體系 結(jié)構(gòu)1簡介永磁同步電動機是機床傳輸?shù)闹饕獔?zhí)行機構(gòu)。其控制結(jié)構(gòu)由電流環(huán)，速度環(huán)和位置 環(huán)。在傳統(tǒng)的機床的伺服系統(tǒng)，速度環(huán)和位置環(huán)

2、與pi或pid控制用于確保精度高，良 好的跟蹤性能和定位的位置控制不產(chǎn)生連續(xù)振蕩。由于這種傳統(tǒng)的控制沒有考慮的非線 性模型和參數(shù)不確定性的非線性，也很難適應(yīng)變化和力矩的強干擾慣性。近年來，單神 經(jīng)元pid控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制被廣泛使用在交流伺服系統(tǒng)?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是適應(yīng) 的系統(tǒng)參數(shù)變化時，不容易受到外界的干擾l-4o單個神經(jīng)pid控制不僅具有簡單的結(jié) 構(gòu)的傳統(tǒng)的pid控制器，和pid參數(shù)的在線調(diào)節(jié)，以及少量的計第所以被廣泛使用56。 然而，由于對算法有關(guān)的誤差的平方，當(dāng)誤差已經(jīng)很大很長一段時間的積分項的權(quán)重， 所述參數(shù)變得過大，對學(xué)習(xí)效果，以及溢流現(xiàn)象的影響7。本文結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制和 單神

3、經(jīng)元pid控制的優(yōu)點，根據(jù)單神經(jīng)元pid理論，提高了系統(tǒng)的跟蹤性能設(shè)計位置環(huán) 控制器。tfor模型參數(shù)擾動和外部擾動的影響，它是通過使用滑?？刂瓶朔?。通過仿真 研究，與經(jīng)典的對照組相比，并行設(shè)計復(fù)合控制策略，獲得了良好的跟蹤性能，系統(tǒng)更 健壯。2 永磁同步電機筑底的電流解耦控制的線性數(shù)學(xué)模型假設(shè)：（1忽略飽和效應(yīng);的馬達空氣間隙磁場（2）均勻分布現(xiàn)場，感應(yīng)電動勢的正 弦形（3不包括磁滯和渦流損耗;4無勵磁電流的動態(tài)響應(yīng)；（5）轉(zhuǎn)子無勵磁繞組；（6） 定子電流場分量使用轉(zhuǎn)子磁極位置的方向矢量控制時ld =0。根據(jù)上述假設(shè)，我們可以寫岀系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的線性數(shù)學(xué)模型，即心坐標(biāo)系。 % = riq

4、 + l（dijdt）+（1）q>0 0vo &2>牛 02護兒=(3)tem=ti + b(© "”) + ( 幾)(© /)(4)其中，叫,偏是"電樞電壓分量坐標(biāo)系jd是dp電樞電流分量坐標(biāo)系;厶是等效 電樞電感(厶= &/=&,)在dp坐標(biāo)系統(tǒng);r, ©是電樞繞組電阻和電角速度坐標(biāo) 系；妙/，幾是相應(yīng)的永磁轉(zhuǎn)子磁鏈和電機極對。3.控制器的設(shè)計3.1位置環(huán)滑?？刂破髟O(shè)計因為比位置環(huán)，它是位置環(huán)路的截止頻率的速度冋路響應(yīng)快的比倒數(shù)的速度環(huán)路吋間常數(shù)小得多。在控制速度的推導(dǎo)，速度環(huán)可等效為一階慣性。 讓勺二勺

5、，位置為階躍信號，狀態(tài)方程為：(5)下:其中，5是一個正的常數(shù)。訃位置滑模線性開關(guān)的功能如(6)讓位置環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的輸出如下:f引之2i .1 k 1 e2=-u+-ref(7)由滑模達到條件，我們可以得到位置環(huán)的滑模變結(jié)構(gòu)控制參數(shù):u =人弓+右幺2 ref $ 2單神經(jīng)兀pid控制器k單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制器的結(jié)構(gòu)圖示于圖2 a 勺 s>00_“2 e2s>o卩“勺wo九2一 s呻<01中。圖1單神經(jīng)元pid控制器的結(jié)構(gòu)圖誤差信號是由變流器，西広)時，勺広)時，®轉(zhuǎn)換的一個單一的神經(jīng)元的輸入 信號由下式給出：xj k) = ek)x2(k = e(k)-

6、e(k-)(9)兀3 4 j = e(k) - 2e(k-1)+e(k -2)式中，e (k)是誤差信號。在控制過程中單神經(jīng)元控制器持續(xù)調(diào)整由監(jiān)督赫布學(xué)習(xí)算法，該算法自動地適應(yīng)環(huán)境中 的受控對象的狀態(tài)變化的3加權(quán)系數(shù)。以確保收斂性和魯棒性，算法需要正常化。由正 ?；接上率浇o出：3u(.(£) = u(.(£ 一 1) + k1 £ 岡(£ )兀k)(10)3立叱(£)1w：(£ +1) = w(£)+/ e(k )uc (k )西(k) w2(k + l)= w2 (k)+tpek)uc (k)x2(a:) 叫 “ +

7、1 )=些 伙 )叫広)是輸岀;z=1式中，ki為神經(jīng)元的比例系數(shù);w，(k)是對應(yīng)于所述加權(quán)系數(shù)兀*)；“d是比例，積分和導(dǎo)數(shù)的學(xué)習(xí)率。從以上分析可知，簡化化合物控制的示于圖2的原理圖。圖2并聯(lián)復(fù)合控制結(jié)構(gòu)圖4 仿真實驗axiln<lcr0.020t/s0.5根據(jù)數(shù)學(xué)模型，滑模控制和反推單神經(jīng)元pid復(fù)合控制器，分別設(shè)計。主要參數(shù)如 下：電機和負載的j慣性=2.627x 10-3kg 平方米；摩擦力矩4.86n 米;系統(tǒng)外部干擾 扭矩10n -m時，電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)千噸=1.11n -m/a；阻尼系數(shù)b=1.43x104n -m的s； 定子電阻ra=2.6 q ；繞線電感l(wèi)d= lq=50

8、x 10-3h；額定電流ie=6.4a；允許i最大=12.8a 最大電流;極對數(shù)的pn= 4;減速機減速比1： 231 o滑?？刂破鲄?shù)如下：c3=47, a 1 = 11, b l二14, a 2=0.02, p 2=-0.005o是單神經(jīng)元控制器仿真參數(shù)如下：w1 (k) =0.025, w2 (k) =0.0001, w3 (k) = 0.0001, h p= 0.35, n 1=0.0021, qd二 0.0001, k 1= 2; 化合物控制器的誤差設(shè)定值是0.12o pid控制器位置環(huán)的參數(shù)是kp1= 10, kil=0.01,kdl=0.3o4.1恒定負載擾動假設(shè)在第一第二仿真添

9、加步驟擾動10n米，pid控制和滑模單神經(jīng)元pid化合物 控制的示于圖3和圖4的位置響應(yīng)曲線。它可以從圖中可以看出，采用傳統(tǒng)的pid控制 算法具有更快的上升時間，在負載擾動發(fā)生時，響應(yīng)位置有較大的偏移，并需要更長的 時間來恢復(fù)到一個穩(wěn)定的位置。但是采用滑模單神經(jīng)元pid復(fù)合控制，該系統(tǒng)具有較強 的抗干擾能力，較少受外部勢力，很短的時間，以達到平衡。圖3復(fù)合控制時的負載擾動引起的圖4傳統(tǒng)的控制，當(dāng)負載發(fā)生擾動響應(yīng)曲線響應(yīng)曲線020002 i w i o 0-0 kguj05101520vs0.1005101520t/so1o056。10白5.0-o4.2系統(tǒng)參數(shù)攝動為了驗證該控制效果時，伺服系統(tǒng)

10、參數(shù)的擾動發(fā)生時，假設(shè)從第j慣性變化=2.627x 10-3kg - m2至j=5.254x103kgm2時，該系統(tǒng)使用上述兩種選擇分別的時刻，位置 響應(yīng)曲線示于圖5和圖6,從圖中可以看出，利用pid控制，系統(tǒng)岀現(xiàn)輕微過沖，后來 穩(wěn)定。采用步進回單神經(jīng)元pid復(fù)合控制，系統(tǒng)響應(yīng)無明顯變化。圖5化合物控制的響應(yīng)曲線時的轉(zhuǎn)動慣量的變化圖6傳統(tǒng)的控制的響應(yīng)曲線時的轉(zhuǎn)動慣量的變化vs1.0 t/s1.5204.3正弦跟蹤實驗該系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤功能是：65sin （0.7166噸），跟蹤誤差曲線示于圖7和圖8,可以從圖中可以看出，與傳統(tǒng)的pid控制相比較，該化合物控制具有更好的跟蹤性能。圖7復(fù)合控制的謀羌

11、曲線圖8傳統(tǒng)的治理技術(shù)誤差曲線五、結(jié)論考慮改變，負載轉(zhuǎn)矩和慣性交流位置伺服系統(tǒng)瞬間強干擾，本文結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控 制和單神經(jīng)元pid控制的優(yōu)點，提出了一種并行復(fù)合控制策略。通過系統(tǒng)的位置環(huán)和速 度環(huán)的分析，滑模變結(jié)構(gòu)位置環(huán)控制器和單神經(jīng)元pid控制器的設(shè)計。仿真結(jié)果表明， 當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)攝動和外部干擾，控制方案實現(xiàn)了強大的控制系統(tǒng)?；？刂圃谝粋€很強的 魯棒性的前提下，保證系統(tǒng)的低倉位跟蹤誤差，單神經(jīng)元pid控制調(diào)整控制參數(shù)，減少 依賴于人為因素的控制效果。致謝這項工作是由政府加入與湖南學(xué)術(shù)科學(xué)中國合作基金會(2010年jnkj001)和濟寧 學(xué)院青年基金沉陽分行支持的一部分。參考文獻1 mu xi

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