Сучасна стратегія управління
Традиційна стратегія управління сервоприводом змінного струму використовується в основному за умови, що визначена модель контрольованого об'єкта, не змінюється і є лінійною, а умови роботи і робоче середовище визначаються постійними. Проте динамічна математична модель синхронного двигуна постійного магнітного струму є нелінійною, сильно зв'язаною, мінливою до часу системою, що змінюється. У разі високих вимог до продуктивності необхідно враховувати різні нелінійні ефекти, зміни в структурі та параметрах об'єкта, а також зміни в робочому середовищі. З часом змінюються і невизначені фактори, такі як порушення навколишнього середовища. Розробка та застосування сучасної теорії управління в тій чи іншій мірі компенсує недоліки класичної теорії керування до нелінійної стохастичної системи, що змінюється у часі.
(1) Прямий контроль крутного моменту
Теорія прямого контролю крутного моменту є високопродуктивною стратегією управління двигуном змінного струму, запропонованою професором М. депенброком з німецького університету Рура і японським вченим i.takahash в 1980-х роках. Стратегія управління також базується на точній математиці контрольованого об'єкта. Модель, але на відміну від векторного керування, аналізує математичну модель двигуна змінного струму безпосередньо в системі координат статора без складних координатних перетворень. Прийнята орієнтація поля статора, не потрібний роз'єднувальний струм, а крутний момент і зв'язування потоку безпосередньо регулюються двопозиційним керуванням, що дозволяє уникнути розкладання струму статора на моменти і компоненти збудження, а також безпосередньо контролює стан перемикання інвертора. Хороший контроль, орієнтуючись на швидку реакцію крутного моменту для досягнення високої динамічної продуктивності крутного моменту. Орієнтація поля прямого контролю крутного моменту використовує зв'язування потоку статора, на яке не впливають параметри ротора. Поки відомий опір статора, він може спостерігатися і не чутливий до параметрів двигуна.
Пряма технологія управління моментом була успішно застосована в області інверторного управління індукційним двигуном, і abb запустила серію продуктів. Однак, при застосуванні синхронного двигуна з постійним магнітом, все ще існують деякі проблеми при безпосередньому контролі крутного моменту. Пряме управління крутним моментом використовує гістерезис магнітного ланцюга, і крутний момент двигуна пульсує, що безпосередньо впливає на гладкість двигуна. Пряме управління крутним моментом повинно спостерігати зв'язок потоку і крутний момент. Точність низька на низьких швидкостях, що призводить до поганих робочих характеристик двигуна та малого діапазону швидкості двигуна. Завдяки малій індуктивності статора двигуна, струм впливу великий, коли двигун починає і навантаження змінюється, і потік зв'язку і крутний момент пульсації є великими. Крім того, оскільки початкове положення зв'язування потоку не може бути оцінене, коли двигун нерухомий, двигун важко запустити. Хоча деякі вчені в країні і за кордоном намагаються і вдосконалюють стратегію прямого контролю крутного моменту синхронного двигуна з постійним магнітом в останні роки, ця схема управління важко відповідати вимогам технології сервоприводу змінного струму.
(2) Контроль змінних структур ковзного режиму
Керування змінною структурою належить до категорії нелінійного керування, і її нелінійність з'являється як розрив управління, тобто перемикаюча характеристика, що змінює "структуру" системи. Контроль змінних структур ковзного режиму не потребує знання математичної моделі системи. Вона повинна лише зрозуміти приблизний діапазон параметрів системи та їх зміни, так що управління змінною структурою має переваги швидкого реагування, нечутливості до параметрів і змін порушень, а також відсутності необхідності в онлайн-ідентифікації та проектуванні. З функцією зменшення порядку і роз'єднання, коли система входить в режим ковзного режиму, передача стану системи більше не залежить від початкових змін параметрів і зовнішніх збурень системи, але змушена ковзати поблизу площини перемикання. , з повною самостійністю та стійкістю, тому керування ковзним режимом успішно застосовується в сервосистемі синхронного двигуна з постійним магнітом. Однак, завдяки контролю bang-bang, проблема чатення неминуче виникає, і проблема базікання є головною проблемою у широкому застосуванні керування змінної структури ковзного режиму. В даний час, в системі серводвигунів змінного струму, змінюючи структуру ковзного режиму, наприклад, використання структури ковзаючого режиму високого порядку і фільтруючої обробки, проблема болтання, викликана регулюванням змінної структури ковзного режиму, вирішується в деякій мірі.
(3) Адаптивний контроль
Адаптивний контроль був запропонований Golcl-well на початку 1950-х років. Вона поєднує управління зворотним зв'язком з теорією ідентифікації, і пропонує вплив змін характеристик контрольованого об'єкта, дрейфу та порушень навколишнього середовища на систему, або коли існує не так багато параметрів контрольованого процесу або ці параметри знаходяться в нормальному режимі. Зміни, особливо коли є повільні змінні, оптимізуються шляхом пошуку певних показників ефективності для завершення регулювання контрольованого об'єкта.
Адаптивними методами, що застосовуються в даний час для управління, є адаптивне моделювання контрольних параметрів, самокорекція ідентифікації параметрів і різноманіття новостворених нелінійних адаптивних засобів управління. Модель еталонної адаптивної системи управління не вимагає точної математичної моделі об'єкта управління і не вимагає ідентифікації параметрів. Основна проблема полягає в розробці адаптивного закону регулювання параметрів для забезпечення стабільності системи, при цьому сигнал помилки має тенденцію до нуля. Головною перевагою є те, що його легко реалізувати і швидко. Однак існують деякі проблеми в адаптивному алгоритмі, такі як математична модель і громіздка операція, що ускладнює систему управління. Наприклад, ідентифікація та корекція параметрів займає певний період часу. Для систем з більш швидкими змінами параметрів на керовану продуктивність значно впливає швидкість обчислення системи. Обладнання прикладної системи повинно бути високим у сервоприводі змінного струму, яке, як правило, реалізується 32-бітним цифровим процесором сигналів (DSP) або програмованим полем (FPGA).
(4) Нелінійний контроль лінеаризації зворотного зв'язку
Метод лінійної обробки зворотного зв'язку є нелінійним методом управління. Основна ідея полягає в перетворенні нелінійної системної алгебри в (всю або частину) лінійної системи, щоб можна було застосувати навички лінійної системи. Принципова відмінність між нею і звичайною лінеаризацією полягає в тому, що лінеаризацію зворотного зв'язку не отримують шляхом лінійної апроксимації системи, а за допомогою переходу стану і зворотного зв'язку. В останні роки результати теоретичних досліджень нелінійних систем керування показують, що нелінійний зворотний зв'язок стану і відповідне перетворення координат можуть бути використані для точної лінеаризації афінної нелінійної системи за певних умов, і це зворотний зв'язок станів може гарантувати систему управління. Стабільність і хороша динамічна якість. На основі точного методу лінійного зворотного зв'язку встановлена лінійна модель управління синхронним двигуном з постійним магнітом. Після керування лінеаризацією зворотного зв'язку може бути реалізовано управління роз'єднанням осей d і q, ефективність відстеження струму хороша, і відповідь на крутний момент є швидким. Реакція швидкості кроку може поступово сходитися до заданого значення, без статичної різниці, малого перевищення і короткого процесу переходу.
(5) Інтелектуальна стратегія управління
Класичні або сучасні стратегії управління покладаються на математичну модель двигуна і принципово не вирішують проблеми управління складними і невизначеними системами. Інтелектуальна стратегія управління має нелінійні характеристики і може вирішувати системи з більш складними об'єктами управління, середовищами і завданнями. Інтелектуальне управління позбавляється від залежності від контрольованої об'єктної моделі, і лише керує за фактичним ефектом. У контролі невизначеність системи та неточність можуть бути вирішені.
Інтелектуальні стратегії управління включають нечітке керування, керування нейронною мережею, контроль експертної системи, надійний контроль і контроль генетичного алгоритму. Стратегії керування нечітким контролем і нейронної мережі є зрілими при застосуванні сервосистеми синхронного двигуна з постійним магнітом.
(6) Нечітке управління
Нечіткий контроль - це різновид комп'ютерного чисельного керування на основі нечіткої агрегації, нечітких лінгвістичних змінних і нечітких логічних міркувань. Нечітке управління уніфікує математику і нечіткість, використовує нечіткі множини, нечіткі лінгвістичні змінні та нечіткі міркування як свою теоретичну основу, тобто з використанням нечітких множин для опису неоднозначності понять, що використовуються людьми щодня, з попередніми знаннями та досвідом експертів як правила контролю Використовуючи машинне моделювання для управління системою, можна реально імітувати досвід управління і метод нечіткого контролю кваліфікованих операторів і експертів.
Нечіткі міркування не залежить від точних математичних моделей. Відповідно до вхідних і вихідних даних фактичної системи, систему можна контролювати в реальному часі з посиланням на досвід роботи операторів поля. Тому він підходить для вирішення задач керування нелінійними системами; Хороша клейкість і сильна адаптивність, придатна для систем, що змінюються в часі і затримують час. Однак нечітка здатність самонавчання контролю не є сильною, і правила контролю проектування залежать від досвіду та експертних знань, що може призвести до неточності системи. Просто прийняття нечіткої стратегії управління вимагає більшої кількості правил контролю, вимагає багато досвіду персоналу, а точність контролю відносно низька. Технологія нечіткого керування добре застосовується при розробці регулятора струму та регулятора швидкості сервоприводу змінного струму. Однак у сервосистемі з високими динамічними потребами технологія все ще потребує подальшого вдосконалення.
(7) Керування нейронною мережею
Дослідження нейронної мережі почалися на початку 1940-х років. У 1980-х роках теорія нейронних мереж зробила прорив і стала важливою галуззю інтелектуального управління.
Нейронна мережа відноситься до системи обробки інформації, яка імітує структуру і функцію людських черепних нервів інженерними методами. Керування нейронною мережею вбудовує функцію обчислення у фізичну мережу. У процесі обчислення кожна основна операція має відповідний зв'язок з нею. Модель нейронної мережі імітує процес активності нейронів людського мозку, включаючи обробку, обробку та зберігання інформації. Кожен нейрон зберігає частину змісту різноманітної інформації, а деякі пошкодження нейронів і руйнування інформації призводять лише до часткового ослаблення мережі. Нейронна мережа має переваги зберігання інформації, паралельної обробки, нелінійного наближення, здатності до самонавчання та самоорганізації. Вона може повністю наблизити довільно складні нелінійні системи, а також може навчитися і адаптуватися до динамічних характеристик сильно невизначених систем. Надійність, здатна імітувати мислення людського образу, підходить для роботи з системами, які важко описати за допомогою моделей або правил. В останні роки люди почали намагатися застосувати технологію керування нейронними мережами (або штучним інтелектом ai) до систем керування двигуном змінного струму для вирішення проблем, які важко вирішити традиційними методами. Використання системи регулювання ai має хороші характеристики придушення шуму, відмовостійкість і масштабованість, а також є надійними до параметрів. Це важливий напрямок розвитку майбутньої технології управління двигуном.
Високопродуктивний тренд розвитку технологій керування сервоприводом змінного струму
Сервосистема на основі синхронного двигуна з постійним магнітом є напрямком розвитку сервоприводу. Незважаючи на те, що існує безліч методів для керування сервоприводом змінного струму, все ще існують такі проблеми, як низька точність системи, низька надійність і низька швидкість роботи.
Будь-яка традиційна стратегія управління, сучасна стратегія управління або інтелектуальна стратегія управління, кожна стратегія управління має свої переваги, але в той же час існують певні проблеми. Важко отримати ідеальний ефект управління від єдиної стратегії управління. У майбутньому це напрямок розвитку високопродуктивних технологій сервоприводу керування змінного струму для вивчення способів інфільтрації та складання різних стратегій управління для кращого поліпшення ефективності керування сервосистемою. В даний час композитна стратегія управління в основному має дві форми: одна - прийняти нову стратегію управління, засновану на класичній стратегії pid-контролю, таку як нечіткий pid-контроль, pid-контроль нейронної мережі, експертний pid-контроль тощо; по-друге, прийняти два або більше нових типів стратегій управління, таких як керування нечіткою нейронною мережею, адаптивне нечітке керування, керування нечітким прямим моментом, адаптивне нечітке керування, керування змінною структурою режиму прямого крутного моменту і т.д. продуктивність системи контролю швидкості змінного струму, і в той же час мають більш сильну надійність. Стратегія комбінованого контролю стала центром сучасних досліджень і основною тенденцією в майбутньому розвитку.
Висновок
В якості прикладу використовуються синхронні двигуни з постійним магнітом, основні принципи, переваги та недоліки традиційної стратегії управління, сучасна стратегія управління та інтелектуальна стратегія управління в системі серводвигунів змінного струму. прогнозується. Тенденція розвитку вказує на те, що чи є це традиційною стратегією управління, сучасною стратегією управління або стратегією інтелектуального управління, кожна стратегія управління має свої переваги, але в той же час є деякі проблеми. Важко отримати ідеальний ефект управління від єдиної стратегії управління. У майбутньому це напрямок розвитку високопродуктивних технологій сервоприводу керування змінного струму для вивчення способів інфільтрації та складання різних стратегій управління для кращого поліпшення ефективності керування сервосистемою.
