基于单神经元自适应控制的多电机同步控制系统的研究

摘要

本文针对交流感应电机同步控制系统多变量解耦控制问题，应用单神经元自适应控制对两台交流电机和两台变频器组成多电机同步控制系统的速度和张力的解耦控制进行研究。 首先，使用传统的单神经元自适应PSD(比例、求和、微分)控制方法应用于多电机同步控制系统，试验中发现该控制方法几乎不能实现对系统的控制。通过大量试验发现，无论是去掉张力环控制器中的积分项还是不去掉积分项都难以实现对系统的有效控制：无积分项时，磁粉制动器无磨损现象，但是张力不能跟踪给定；有积分项时，张力不能跟踪给定且磁粉制动器磨损严重。为此，提出积分分离的单神经元自适应PSD控制方法应用于张力环控制(速度环仍采用单神经元自适应PSD控制)，实现了对系统的有效控制，同时仿真也验证了试验的控制效果，但是由于积分分离单神经元自适应PSD算法中的积分项系数的给定为一常值，不能根据系统的要求实现自适应的调整，一方面导致速度和张力未实现完全解耦，另一方面张力启动超调较大。为了实现更好的系统解耦性能，必须实现张力控制环控制器的积分项系数的自适应调整。所以结合变速积分PID控制的思想和积分分离单神经元自适应PSD控制算法，提出变速积分分离单神经元自适应PSD控制方法应用于张力控制环，取得了很好的控制效果。 所设计的多变量单神经元自适应控制器，不需要被控对象的参考模型，而只需要对被控对象进行直接控制。试验证明：所设计的多变量单神经元自适应控制器成功实现了该系统的速度和张力解耦控制，而且克服了张力启动超调较大的问题，系统对负载的扰动有很强的抑制作用，系统的动静态特性也较好，可以有效跟踪任意有效给定轨迹。另外，不管变频器工作在恒压频比还是矢量控制方式下，都不需要改变控制器的参数。本文提出的多变量单神经元自适应控制器适用于许多工业控制场合，具有很好的应用前景。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2控制器

1.3交流电机的控制策略

1.4交流传动控制策略的研究展望

1.5交流电机同步控制系统的多变量解耦问题

1.6研究目的和意义

1.7本文内容的安排

第二章单神经元自适应控制理论

2.1单神经元自适应控制理论基础

2.1.1生物神经元结构

2.1.2人工神经网络外理单元

2.2几种常用单神经元自适应PID控制器

2.2.1单神经元自适应控制的学习算法

2.2.2传统单神经元自适应PID控制器的构成及其算法

2.2.3改进后的单神经元自适应控制器

2.2.4采用以输出误差平方为性能指标的单神经元自适应控制器

2.2.5采用以Pe2(k+d)+Q△u2(k+d)为性能指标的单神经元自适应控制器

2.2.6单神经元自适应PID控制器参数的调整规律

2.3增益自调整单神经元自适应控制器的实现

2.3.1无需辨识的自适应控制算法

2.3.2单神经元自适应PSD控制器的构成及算法

2.4多变量单神经元自适应PSD控制器

2.5小结

第三章多电机同步控制系统的实现

3.1多电机同步控制实验平台介绍

3.1.1多电机同步控制系统模型

3.1.2多电机同步控制系统中包括的硬件组成

3.2WinCC和PLC背景知识介绍

3.2.1可编程逻辑控制

3.2.2组态软件WinCC

3.3多电机同步控制系统软件的设计

3.3.1下位机PLC软件的设计

3.3.2多电机同步控制上位机软件WinCC的设计

3.4系统通讯的实现

3.4.1S7-300与变频器的通讯

3.4.2视窗控制中心(WinCC)与PLC之间的通讯

3.5小结

第四章多电机同步控制系统的仿真研究

4.1多电机同步控制系统的数学模型

4.2基于单神经元自适应控制的多电机同步系统的仿真

4.3基于多变量单神经元自适应PSD控制的多电机同步控制系统的仿真效果

4.3.1复合系统负载仿真

4.3.2复合系统解耦效果仿真

4.3.3复合系统跟踪效果仿真

4.4仿真结果分析

4.5小结

第五章单神经元自适应PSD在多电机同步控制系统中的控制效果

5.1单神经元自适应PSD在多电机同步控制系统中的控制效果

5.2单神经元/积分分离单神经元自适应PSD在多电机同步控制系统中的控制效果

5.2.1复合系统负载实验

5.2.2复合系统解耦效果实验

5.2.3复合系统跟踪效果实验

5.2.4单神经元/积分分离单神经元自适应PSD的控制品质

5.3单神经元/变速积分分离单神经元自适应PSD在多电机同步控制系统中的控制效果

5.3.1复合系统负载实验

5.3.2复合系统解耦效果实验

5.3.3复合系统跟踪效果实验

5.3.4系统中单神经元/变速积分分离单神经元自适应PSD 的控制质量

5.4小结

第六章小结及展望

6.1主要结论

6.2进一步的发展方向

参考文献

致谢

在学位期间发表的论文及参加的科研工作