碩士論文答辯講解課件

指導老師：教授答辯人：時間：2012年4月26日多電機同步協(xié)調控制策略

及應用研究指導老師：教授多電機同步協(xié)調控制策略

及應用研究1課題背景和意義背景：意義螺旋熒光燈管彎管機系統(tǒng)（涉及四臺交流伺服電機同步協(xié)調運動）提高產品質量、成品率、生產效率提高多電機傳動系統(tǒng)的跟蹤性、同步性、抗擾性1、滿足彎管機系統(tǒng)可靠性和控制精度的要求2、3、課題背景和意義背景：意義螺旋熒光燈管彎管機系統(tǒng)提高產品質量、2免疫單神經元PID控制的有效性論文主要內容研究對象：控制算法：控制結構：仿真模型建立單個PMSM交流伺服系統(tǒng)四電機同步運動控制系統(tǒng)仿真結果分析偏差耦合控制的可行性四臺永磁同步電動機同步運動系統(tǒng)偏差耦合控制策略免疫單神經元PID控制免疫單神經元PID控制的有效性論文主要內容研究對象：控制算法3PMSM數學模型永磁同步電動機物理模型dq坐標系下的轉矩方程結論：轉子磁鏈恒定不變,PMSM電磁轉矩基本取決于定子直軸和交軸電流分量,即控制電流id和iq,就可以實現對電機電磁轉矩的控制。PMSM數學模型永磁同步電動機物理模型dq坐標系下的轉矩方程直接轉矩控制和矢量控制性能比較性能與特點直接轉矩控制矢量控制磁鏈控制定子磁鏈轉子磁鏈轉矩控制砰-砰控制，有轉矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標變換靜止坐標變換，較簡單旋轉坐標變換，較復雜轉子參數變化影響無有調速范圍不夠寬比較寬直接轉矩控制和矢量控制性能比較性能與特點直接轉矩控制矢量5基于id=0矢量控制的永磁同步電動機伺服系統(tǒng)

基于id=0矢量控制的永磁同步電動機伺服系統(tǒng)6有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則單神經元自適應PID控制算法輸入值為設定值、輸出

，三個狀態(tài)量、、有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則單神經元自適應PID控制算法輸入值為規(guī)范化后改進的有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則的單神經元自適應PID控制算法

（將其中的改為

），規(guī)范化后改進的有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則的單神經元自適應PID8單神經元增益K的調節(jié)K值越大系統(tǒng)響應速度越快，超調量大，甚至會使系統(tǒng)不穩(wěn)定K值偏小系統(tǒng)響應較慢,若取得過小，響應跟蹤不上給定信號如何實現增益K的自動調整T細胞免疫調節(jié)機理與單神經元PID控制相結合，形成一種自動調節(jié)增益的免疫單神經元PID（ISNPID）控制算法。單神經元增益K的調節(jié)K值越大系統(tǒng)響應速度越快，超調量大，甚至9免疫調節(jié)機理

免疫反饋機理示意圖

抗原APC(抗原呈遞細胞)消化信息傳遞給T細胞活化TH細胞，并釋放淋巴因子活化B細胞緩慢活化TS細胞抑制TH細胞和B細胞產生抗體免疫調節(jié)機理免疫反饋機理示意圖抗原APC(抗原呈遞細胞)免疫系統(tǒng)

控制系統(tǒng)

（抗原、抗體等）繁殖的第K代離散系統(tǒng)第K個采樣時間第K代抗原量濃度第K個采樣時刻給定值與輸出值的偏差e(k)第K代細胞量濃度B(k)第K個采樣時刻控制器輸出u(k)免疫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的比較免疫系統(tǒng)控制系統(tǒng)（抗原、抗體等）繁殖的第K代離散系統(tǒng)第T細胞免疫調節(jié)函數——比例系數，控制免疫調節(jié)反應速度；——控制穩(wěn)定效果；——影響免疫調節(jié)曲線的坡度。單神經元增益K的調整

T細胞免疫反饋機理類似響應初期偏差值較大時，應增加控制取較大K值；接近穩(wěn)態(tài)時，偏差較小，應減小K值

響應初期，釋放淋巴因子激活免疫反應；當抗體增加時,Ts細胞抑制免疫反應根據文獻選擇免疫調節(jié)函數：T細胞免疫調節(jié)函數——比例系數，控制免疫調節(jié)反應速度；單神經應用較普遍的模型：1、主令參考控制2、主從控制3、電子虛擬主軸4、交叉耦合5、偏差耦合6、相鄰交叉耦合

多電機同步控制結構應用較普遍的模型：多電機同步控制結構131、主令參考控制（并聯(lián)式結構）優(yōu)點1、結構簡單2、易于實現3、啟動、停止階段系統(tǒng)的同步性能也很好4、容易擴展到多電機同步控制中

整個系統(tǒng)缺少單元間的反饋，相當于開環(huán)控制，系統(tǒng)的同步性能很難保證適用范圍：受擾較輕、各單元參數或跟隨性能相同的系統(tǒng)不足：1、主令參考控制（并聯(lián)式結構）優(yōu)點1、結構簡單整個系統(tǒng)缺少單2、主從控制

（串聯(lián)式結構）優(yōu)點1、具有主令參考式大功率優(yōu)點2、分區(qū)單元間距離不受限制3、增加了一個回饋環(huán)節(jié)，同步效果更好當啟動、停止和負載擾動時，就會產生較大的同步誤差適用范圍：不足：對位置或速度的同步要求不是很高的場合2、主從控制（串聯(lián)式結構）優(yōu)點1、具有主令參考式大功率優(yōu)點3、電子虛擬主軸控制優(yōu)點1、繼承了傳統(tǒng)的主令參考式、主從式的優(yōu)勢2、改善了系統(tǒng)起動、穩(wěn)態(tài)、抗負載擾動等方面的性能缺少位置控制，在啟動、負載擾動、停機過程中，各軸間會產生恒定的相對位置差不足：3、電子虛擬主軸控制優(yōu)點1、繼承了傳統(tǒng)的主令參考式、主從式的4、交叉耦合控制

適用范圍：優(yōu)點：較好的實現了運動軸之間的協(xié)作，使得整個系統(tǒng)的動態(tài)同步性能大大改善不足：保持同步時相對增益會增大很多，同時也會帶來噪聲放大，引起轉矩脈動的問題適用于同步要求較高的雙電機系統(tǒng)

4、交叉耦合控制適用范圍：優(yōu)點：較好的實現了運動軸之間的協(xié)5、偏差耦合控制

優(yōu)點：具有良好的動態(tài)同步性能，實現滿意的同步控制效果不足：系統(tǒng)中電機更多時，“速度補償器”模塊計算量變大，模塊布置更加復雜適用范圍：可擴展到多電機系統(tǒng)的同步控制中5、偏差耦合控制優(yōu)點：具有良好的動態(tài)同步性能，實現滿意的同6、相鄰交叉耦合控制

（C1、C3同步誤差控制器，C2跟蹤誤差控制器）優(yōu)點：任一臺控制電機只考慮其相鄰兩臺電機的狀態(tài)，比偏差耦合的運算量小不足：多用于三臺電機同步系統(tǒng)適用范圍：控制器的數目較多6、相鄰交叉耦合控制（C1、C3同步誤差控制器，C2跟蹤誤四電機偏差耦合控制結構（速度補償器結構）i=1,2,3,4;r=1,2,3.速度補償器增益：Kir=Jr/Ji,四電機偏差耦合控制結構（速度補償器結構）i=1,2,3,4;偏差耦合控制特點電機1電機2電機3電機4控制器速度補償器2速度補償器1速度補償器3速度補償器4速度1速度2速度3速度4控制器控制器控制器偏差耦合控制特點電機1電機2電機3電機4控制器速度補償器2速21單個PMSM矢量控制系統(tǒng)仿真模型

單個PMSM矢量控制系統(tǒng)仿真模型

仿真參數設置仿真情況1、空載啟動2、參考轉速為1000r/min3、t=0.04時加上Tm=3N.m的負載轉矩Simulink仿真器參數1、仿真時間設為0.06s2、仿真步長為“Variable-step”3、仿真器解法選ode45常規(guī)PI控制器參數速度環(huán)的PI控制器參數設為Kp=0.5,Ki=2電流環(huán)的兩個PI控制器參數相同，設為Kp=200，Ki=401、2、仿真參數設置仿真情況1、空載啟動2、參考轉速為100轉速波形三相電流波形轉矩波形id、iq電流波形單個PMSM仿真結果轉速波形三相電流波形轉矩波形id、iq電流波形單個PMSM仿24多電機同步控制系統(tǒng)仿真模型多電機同步控制系統(tǒng)仿真模型相鄰交叉耦合和偏差耦合控制同步誤差比較電機1和電機2電機2和電機3電機3和電機4電機4和電機1電機1和電機3電機2和電機4相鄰交叉耦合和偏差耦合控制同步誤差比較電機1和電機2電機2和26相鄰交叉耦合與偏差耦合同步控制

性能比較

比較超調量調節(jié)時間動態(tài)降落恢復時間同步誤差相鄰交叉耦合控制13%12.5ms0.42%0.5ms2r/min偏差耦合控制13%11.4ms0.44%0.5ms1r/min相鄰交叉耦合與偏差耦合同步控制

性能比較比超調調節(jié)動態(tài)恢復27結論相鄰交叉耦合偏差耦合對比得1、偏差耦合控制的調節(jié)時間更短，同步誤差更小，不足之處在于“速度補償器模塊”計算量較大2、二者超調量、調節(jié)時間及同步誤差都較大，需要對控制器采用更先進的控制算法來改善同步系統(tǒng)性能結論相鄰交叉耦合偏差耦合對比得1、偏差耦合控制的調節(jié)時間28單神經元自適應PID控制器建模

輸入量誤差前一時刻值e(k-1)誤差當前時刻值e(k)誤差前第二時刻值e(k-2)輸出量前一時刻控制率u(k-1):控制率u(k)單神經元自適應PID控制器建模輸入量誤差前一時刻值e(k-29四臺電機速度環(huán)采用NSPID控制替換原先的常規(guī)PI控制器四臺電機速度環(huán)采用NSPID控制替換原先的常規(guī)PI控制器常規(guī)PI與單神經元PI控制跟蹤誤差比較電機1跟蹤誤差電機2跟蹤誤差電機3跟蹤誤差電機4跟蹤誤差常規(guī)PI與單神經元PI控制跟蹤誤差比較電機1跟蹤誤差電機2跟31常規(guī)PI控制和單神經元PI控制跟蹤性能比較

比較超調量調節(jié)時間穩(wěn)態(tài)誤差動態(tài)降落振蕩程度常規(guī)PI控制13%11.4ms5r/min0.44%較大單神經元PI控制09.5ms00.7%較小常規(guī)PI控制和單神經元PI控制跟蹤性能比較比超調量調節(jié)穩(wěn)32常規(guī)PI控制與單神經元PI控制同步誤差比較電機1與電機2電機2與電機3電機3與電機4電機4與電機1電機1與電機3電機2與電機4常規(guī)PI控制與單神經元PI控制同步誤差比較電機1與電機2電機33四臺電機速度環(huán)采用INSPID控制替換原先的單神經元PI控制器四臺電機速度環(huán)采用INSPID控制替換原先的單神經元PI控制單神經元PI控制與免疫單神經元PI控制跟蹤誤差比較

電機1跟蹤誤差電機2跟蹤誤差電機3跟蹤誤差電機4跟蹤誤差單神經元PI控制與免疫單神經元PI控制跟蹤誤差比較電機1跟35單神經元PI控制與免疫單神經元PI控制跟蹤性能比較

比較超調量調節(jié)時間動態(tài)降落恢復時間振蕩程度SNPID控制09.5ms0.7%9.5ms較大ISNPID控制08.6ms0.7%9.6ms較小單神經元PI控制與免疫單神經元PI控制跟蹤性能比較比超調調36常規(guī)PI控制器單神經元PI控制器結論免疫單神經元PI控制器改進為改進為優(yōu)勢優(yōu)勢超調量下降13%調節(jié)時間減小2ms穩(wěn)態(tài)誤差減少5r/min振蕩程度大大減弱超調量保持0%