第九章智能控制的應(yīng)用實(shí)例

1、第九章第九章 智能控制的應(yīng)用實(shí)例智能控制的應(yīng)用實(shí)例 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.29.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 交流伺服系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)組成，交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)組成，交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)字模型不是簡(jiǎn)單的線性模型，而具有模型不是簡(jiǎn)單的線性模型，而具有非線性、時(shí)變、耦合非線性、時(shí)變、耦合等等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的基于對(duì)象模型的控制方法難以進(jìn)行有效的特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的基于對(duì)象模型的控制方法難以進(jìn)行有效的控制?？刂?。 模糊控制完全是根據(jù)操作人員操作經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控模糊控制

2、完全是根據(jù)操作人員操作經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)被制，不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)被控對(duì)象參數(shù)的變化不敏感，可以很好地用于克服交流伺服控對(duì)象參數(shù)的變化不敏感，可以很好地用于克服交流伺服系統(tǒng)中非線性、時(shí)變、耦合等因素的影響。系統(tǒng)中非線性、時(shí)變、耦合等因素的影響。 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.39.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流

3、伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.49.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) ECUENBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNBNBNMZOZONMNBNBNBNBNMZOZONSNMNMNMNMZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNSNSZOPMPMPMPMPMZOZOPMPBPBPBPBPBZOZOPMPBPBPBPB表表9.1 模糊控制規(guī)則表模糊控制規(guī)則表Colleg

4、e of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.59.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) 用于仿真研究的電機(jī)參數(shù)為：Pn=2.2KW，Un=220V，In=5A，nn=1440r/min，r1=2.91，r2=3.04，ls=0.45694H，lr=0.45694H，lm=0.44427H，Ten=14Nm，np=2，J=0.002276 kgm2，n=0.96wb，數(shù)字采樣頻率仍為10KHZ。圖9.3給出了系統(tǒng)在空載情況下轉(zhuǎn)角的階躍響應(yīng)曲線。圖

5、中曲線1為模糊控制下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，曲線2為PI控制下的響應(yīng)曲線。圖9.4給出當(dāng)系統(tǒng)處在轉(zhuǎn)角為1rad的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，給電機(jī)突加7Nm負(fù)載，系統(tǒng)的擾動(dòng)響應(yīng)曲線。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.69.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.79.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9

6、.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是一種快速的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差控制法，它通過快速改變是一種快速的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差控制法，它通過快速改變電機(jī)的磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差速度，來直接控制異步電動(dòng)機(jī)的電機(jī)的磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差速度，來直接控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率，獲得電機(jī)的快速響應(yīng)。它用空間矢量的分轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率，獲得電機(jī)的快速響應(yīng)。它用空間矢量的分析方法直接在定子坐標(biāo)系中計(jì)算電機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩，由磁通和析方法直接在定子坐標(biāo)系中計(jì)算電機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩，由磁通和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的Band-Band控制產(chǎn)生控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆

7、變器的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制。它省掉了復(fù)雜的矢量變換，沒有通常的進(jìn)行最佳控制。它省掉了復(fù)雜的矢量變換，沒有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，控制手段直接，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)信號(hào)發(fā)生器，控制手段直接，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，是一種高性能的交矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，是一種高性能的交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方案。流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方案。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.89.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.2基于小波

8、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.99.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 利用組織算法構(gòu)造小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器利用組織算法構(gòu)造小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器 圖圖9.15 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)College of Electrical and Information Engi

9、neering, Hunan Univ.109.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.119.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 圖圖9.21 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器

10、的阻估計(jì)器的MSE曲線曲線圖圖9.22 定子電阻辨識(shí)結(jié)果定子電阻辨識(shí)結(jié)果College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.129.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計(jì)器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 圖圖9.23 電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線圖圖9.24 電機(jī)的磁鏈軌跡電機(jī)的磁鏈軌跡College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.139.1智能控制在

11、電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 無速度傳感器驅(qū)動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)：如降低系統(tǒng)成本，方便安裝無速度傳感器驅(qū)動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)：如降低系統(tǒng)成本，方便安裝與維護(hù)，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，更加適應(yīng)于在惡劣環(huán)境下工作等。與維護(hù)，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，更加適應(yīng)于在惡劣環(huán)境下工作等。然而傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)需要電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，當(dāng)由于然而傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)需要電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，當(dāng)由于磁飽和或電機(jī)繞組溫度變化引起電機(jī)內(nèi)部參數(shù)變化時(shí)，會(huì)影磁飽和或電機(jī)繞組溫度變化引起電機(jī)內(nèi)部參數(shù)變化時(shí)，會(huì)影響系統(tǒng)的控制效果，而把模糊控

12、制引入矢量控制系統(tǒng)就有助響系統(tǒng)的控制效果，而把模糊控制引入矢量控制系統(tǒng)就有助于解決這個(gè)問題。模糊控制不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，于解決這個(gè)問題。模糊控制不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象參數(shù)不敏而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象參數(shù)不敏感。感。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.149.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.

13、25 自適應(yīng)模糊控制器自適應(yīng)模糊控制器College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.159.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.26 自適應(yīng)磁通觀測(cè)器自適應(yīng)磁通觀測(cè)器 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.169.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)

14、矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.27 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制圖感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制圖 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.179.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.189.1智能控制在電氣傳

15、動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.199.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.209.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)

16、用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.219.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.229.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控

17、制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制 圖圖9.32 模型參考自適應(yīng)磁場(chǎng)、速度辨識(shí)算法原理圖模型參考自適應(yīng)磁場(chǎng)、速度辨識(shí)算法原理圖College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.239.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制 圖圖9.33 改進(jìn)后的模型參考自適應(yīng)磁場(chǎng)、速度辨識(shí)算法原理圖改進(jìn)后的模型參考

18、自適應(yīng)磁場(chǎng)、速度辨識(shí)算法原理圖College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.249.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制 圖圖9.35 簡(jiǎn)化的基于簡(jiǎn)化的基于RFNN的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.259.1智能控制在電氣傳動(dòng)中的應(yīng)用智能控制在電氣傳

19、動(dòng)中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制 (a)PI調(diào)節(jié)輸出的轉(zhuǎn)矩電流波形 (b) RFNN控制輸出的轉(zhuǎn)矩電流波形圖圖9.37 外部負(fù)載擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)控制器輸出波形比較（外部負(fù)載擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)控制器輸出波形比較（t=0.5s時(shí)加負(fù)載）時(shí)加負(fù)載）College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.269.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 9.2.1復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的分布式遞階智能控制復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的分布式遞階智能控制 復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)與傳

20、統(tǒng)系統(tǒng)具有本質(zhì)的區(qū)別，具體表現(xiàn)為：復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)具有本質(zhì)的區(qū)別，具體表現(xiàn)為：1）復(fù)雜的信息模型及其引起的分布式傳感器、數(shù)據(jù)量、）復(fù)雜的信息模型及其引起的分布式傳感器、數(shù)據(jù)量、計(jì)算量的增加；計(jì)算量的增加；2）信息處理方式復(fù)雜性增加和描述模型的多樣性；）信息處理方式復(fù)雜性增加和描述模型的多樣性；3）精確機(jī)理建模日益困難；）精確機(jī)理建模日益困難；4）大量不定因素，如環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，輸入信息中的噪聲、）大量不定因素，如環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，輸入信息中的噪聲、干擾與誤差、信息未知性、不完全性；干擾與誤差、信息未知性、不完全性；5）多層次、多任務(wù)的控制要求。這些都使傳統(tǒng)的控制理）多層次、多任務(wù)的控制要求。這

21、些都使傳統(tǒng)的控制理論與方法難以直接運(yùn)用。論與方法難以直接運(yùn)用。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.279.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.289.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 圖圖9.39 多傳感器信息融合處理專家系統(tǒng)多傳感器信息融合處理專家系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.299.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 在圖在圖9.39中，信息融合處理包括四個(gè)內(nèi)容：中，信息融合處理包括四個(gè)內(nèi)容： (1) 實(shí)時(shí)信息的獲取實(shí)時(shí)信息的獲?。河脵z測(cè)儀表、軟測(cè)量技術(shù)、模式識(shí)別等手：用檢測(cè)儀表、軟測(cè)量技術(shù)、模式識(shí)別等手段測(cè)量被控變量、觀測(cè)狀態(tài)變量、辨識(shí)過程環(huán)境，并對(duì)它們進(jìn)行段測(cè)量被控變量、觀測(cè)狀態(tài)變