外文翻譯(對交變電流伺服系統(tǒng)的單神經(jīng)元pid滑模平行復(fù)合控制)

1、<p><b>　　中文2300字</b></p><p>　　對交變電流伺服系統(tǒng)的單神經(jīng)元PID滑模平行復(fù)合控制張瑩，李鵬，吳文江</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　考慮到應(yīng)用于交流電位置伺服系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣性矩的變化和強(qiáng)干擾，在此基礎(chǔ)上，提出了單神經(jīng)元PID和滑模平行復(fù)合控制策略

2、。一個由位置環(huán)和單神經(jīng)元PID控制器的一個滑模變結(jié)構(gòu)控制器組成的并行結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)出來?；？刂埔种茀?shù)擾動和負(fù)荷擾動，單神經(jīng)元PID控制實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)PID控制器的比例、積分、微分參數(shù)的在線調(diào)整。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的平行復(fù)合控制器，能保證靜態(tài)和動態(tài)系統(tǒng)的性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單神經(jīng)元PID控制；滑模變結(jié)構(gòu)控制；交流電伺服系統(tǒng)；復(fù)合控制；并行結(jié)構(gòu)</p><p><b>

3、　　1 介紹</b></p><p>　　永磁同步電機(jī)是機(jī)床傳輸?shù)闹饕獔?zhí)行機(jī)構(gòu)。它的控制結(jié)構(gòu)由電流環(huán)、速度環(huán)</p><p>　　和位置環(huán)組成。在傳統(tǒng)的機(jī)床伺服系統(tǒng)中，帶有PI或PI控制的速度環(huán)和位置環(huán)，被用來確保高精度的位置控制，良好的跟蹤性能和定位不會產(chǎn)生連續(xù)振蕩。由于這種傳統(tǒng)控制沒有考慮到模型和參數(shù)不確定性的非線性，很難適應(yīng)慣性時刻的變化和強(qiáng)烈的干擾。</p>

4、<p>　　近年來，單神經(jīng)元PID控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制被廣泛應(yīng)用于交流電伺服系統(tǒng)中。滑模變結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)變化，并且不容易受到外界的干擾。單神經(jīng)元PID控制不僅有傳統(tǒng)PID控制器的簡單的結(jié)構(gòu)，還能對PID參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，并且計(jì)算量少，所以得到了廣泛應(yīng)用。由于有關(guān)平方誤差的算法整體術(shù)語權(quán)重，當(dāng)誤差長時間很大時，參數(shù)變化過大，影響學(xué)習(xí)效果，并且有溢出現(xiàn)象。</p><p>　　該文章將滑模變

5、結(jié)構(gòu)控制和單神經(jīng)元PID控制的有點(diǎn)結(jié)合在一起，根據(jù)單神經(jīng)元PID理論，為了提高系統(tǒng)的追蹤性能，設(shè)計(jì)出位置環(huán)控制器。通過使用滑?？刂?，可以克服模型參數(shù)擾動和外部擾動的影響。通過仿真研究，與傳統(tǒng)控制相比，所設(shè)計(jì)的并行復(fù)合控制策略，能夠獲得良好的追蹤性能，并且系統(tǒng)更加穩(wěn)固。</p><p>　　2 基于當(dāng)前解耦控制的永磁同步電動機(jī)的線性數(shù)學(xué)模型</p><p>　　假設(shè):（1）忽略飽和度影響；（

6、2）氣隙磁場領(lǐng)域的均勻分布的電機(jī)，感應(yīng)電動勢正弦形；（3）扣除滯環(huán)和渦流損耗；（4）沒有激勵當(dāng)前的動態(tài)響應(yīng)；（5）轉(zhuǎn)子無勵磁繞組；（6）當(dāng)使用轉(zhuǎn)子磁極的定向矢量控制時，位置定子電流場組件Id=0。</p><p>　　根據(jù)以上假設(shè)，我們可以在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系統(tǒng)中，編寫系統(tǒng)的線性數(shù)學(xué)模型，即dp坐標(biāo)系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）</b></p>&l

7、t;p><b>　　（2）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　在這里，, 是dp坐標(biāo)系統(tǒng)中的電樞電壓組件；, 是dp坐標(biāo)系統(tǒng)中的電樞電流組件；L是dp坐標(biāo)系統(tǒng)中的等效電樞電感(L=Ld=Lq)；R, 是dp坐標(biāo)系統(tǒng)

8、中的電樞繞組電阻和電角速度；, 是相應(yīng)的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈和鋼管雙。</p><p><b>　　位置控制器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　位置環(huán)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)</p><p>　　由于速度環(huán)比位置環(huán)響應(yīng)速度快,哪個是位置環(huán)的截止頻率，要比速度環(huán)時間常數(shù)的互惠小很多。在控制率的推導(dǎo)中，速度環(huán)等價于一階慣性。讓e2=e1，作為步進(jìn)信號的位置，給出

9、狀態(tài)方程；</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　如下所示，讓位置滑模線性切換函數(shù)。</p><p>　?。?）這里，c3是積極常數(shù)。</p><p>　　如下所示，讓位置環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的輸出。</p><p><b>　　(7)</b><

10、/p><p>　　通過達(dá)到條件的滑模，我們能得到位置環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的參數(shù)：</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　3.2 單神經(jīng)元PID控制器</p><p>　　單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 單神經(jīng)元PID控制器的結(jié)構(gòu)圖<

11、;/p><p>　　誤差信號被轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后，給出單神經(jīng)元的輸入信號x1(k), x2 (k), x3 (k)：</p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　這里，e (k)是誤差信號。</p><p>　　通過能夠自動適應(yīng)環(huán)境中的，控制對象的狀態(tài)變化的，監(jiān)督赫布學(xué)習(xí)算法，控制過程中的單神經(jīng)元控制器，不斷

12、調(diào)整這三個加權(quán)系數(shù)。為了確保收斂性和魯棒性, 該算法需要被標(biāo)準(zhǔn)化。通過標(biāo)準(zhǔn)化，給出公式：</p><p><b>　　(10)</b></p><p>　　這里，K1是神經(jīng)元的比例系數(shù)；是對應(yīng)于的加權(quán)系數(shù)；是輸出；, , 是比例積分衍生品的學(xué)習(xí)率。</p><p>　　從以上分析可知，綜合控制的簡化原理圖，如圖2所示。</p>&

13、lt;p>　　圖2 并行綜合控制的結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　仿真實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　根據(jù)數(shù)學(xué)模型，滑?？刂破骱秃笸藛紊窠?jīng)PID控制器分別被設(shè)計(jì)出來。主要參數(shù)如下：電機(jī)和負(fù)載的慣性瞬間J= 2.627×10-3kg·；摩擦力矩為4.86N·m；系統(tǒng)外部擾動扭矩為10N·m, 電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt=1.11

14、N·m/A；阻尼系數(shù)B=1.43×10-4N·m·s；定子電Ra=2.6Ω；繞組電感Ld=Lq=50×10-3H；額定電流Ie=6.4A；允許最大電流Imax=12.8A；鋼管雙的數(shù)Pn=4；減速器減薄率1:231。滑?？刂破鞯膮?shù)如下：c3=47, α1=11, β1=-14, α2=0.02,β2=-0.005。單神經(jīng)元控制器的仿真參數(shù)如下：w1(k) =0.025, w2 (k)

15、=0.0001, w3 (k)=0.0001, =0.35, =0.0021, =0.0001, K1=2;綜合控制器的誤差設(shè)置值是0.12。PID控制器位置環(huán)的參數(shù)是：kp1=10, kI1=0.01, kD1=0.3。</p><p>　　4.1 恒定負(fù)荷擾動</p><p>　　為了添加一個步驟騷擾在10 N?米，假設(shè)在第一秒仿真，PID控制和滑模單神經(jīng)元PID復(fù)合控制的位置響應(yīng)曲線

16、如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，使用傳統(tǒng)的PID控制算法有一個快速的上升時間，當(dāng)負(fù)載擾動發(fā)生時，位置響應(yīng)有較大的抵消，并且為了恢復(fù)到一個穩(wěn)定的位置，需要更長時間。但是利用滑模單神經(jīng)元PID復(fù)合控制，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，很少受到外部力量的干擾，并且在很短時間內(nèi)達(dá)到平衡。</p><p>　　圖3 當(dāng)負(fù)載擾動發(fā)生時，綜合控制的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖4 當(dāng)負(fù)載擾動發(fā)生時，傳統(tǒng)

17、控制的響應(yīng)曲線</p><p>　　4.2 系統(tǒng)參數(shù)擾動</p><p>　　當(dāng)伺服系統(tǒng)的參數(shù)擾動發(fā)生時，為了驗(yàn)證控制效果，假設(shè)轉(zhuǎn)動慣量變化到該系統(tǒng)分別采用上述兩種選項(xiàng)，位置響應(yīng)曲線如圖5和圖6所示。從圖中可以看出，采用PID控制，系統(tǒng)出現(xiàn)輕微的超調(diào)，并且后來又穩(wěn)定了。使用后退單神經(jīng)元PID復(fù)合控制，該系統(tǒng)響應(yīng)沒有明顯的變化。</p><p>　　圖5 當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量變

18、化時，綜合控制的反應(yīng)曲線</p><p>　　圖6 當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量變化時，傳統(tǒng)控制的反應(yīng)曲線</p><p>　　4.3 正弦波跟蹤實(shí)驗(yàn)</p><p>　　系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤功能是：65(0.7166噸), 跟蹤誤差曲線如圖7和圖8所示。從圖中可以看出，與傳統(tǒng)PID控制相比，綜合控制具有更好的追蹤性能。</p><p>　　圖7 綜合控制的誤差曲線

19、</p><p>　　圖8 傳統(tǒng)控制的誤差曲線</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　考慮到交流位置伺服系統(tǒng)的變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)干擾和轉(zhuǎn)動慣量，本文將滑模變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)和單神經(jīng)元PID控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，提出了一種并行復(fù)合控制策略。通過對位置環(huán)和速度環(huán)的分析，設(shè)計(jì)出滑模變結(jié)構(gòu)位置環(huán)控制器和單神經(jīng)元PID控制器。仿真結(jié)果

20、表明, 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)參數(shù)擾動和外部干擾時，控制方案實(shí)現(xiàn)了一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。在具有較強(qiáng)的魯棒性的前提下，滑模控制保證了一個較低的系統(tǒng)位置跟蹤誤差。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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] MU Xiao-jiang, CHEN Yang-zhou. Overview of S

21、liding Mode Variable Structure Control. Control Engineering of China,2007, 14(7):1-5.</p><p>　　[2] Fang Si-chen, Zhou Bo, Huang Jiajia, Li Dan. Sliding Mode Control for PMSM Drive System. Transactions of Chi

22、na Electrotechnical Society, 2008, 23(8):29-34.</p><p>　　[3] Fang Si-chen, Zhou Bo, Huang Jiajia, Li Dan. Sliding Mode Control for PMSM Drive System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2008, 23(

23、8):29-34.</p><p>　　[4] ZHANG Yongsong; SHU Zhibing. Simulation Research of Sliding Mode Control Based on Permanent Magnet SynchronousMotor. Machine Tool & Hydraulics, 2008,36(7):288-292.</p><p

24、>　　[5] LIU Zi-Long. Lateral Position Tracking of Unmanned Vehicles Based on Reformed Single Neuron PID Control. Journal of Nanjing University of Science and Technology, 2009, 33(1):32-36.</p><p>　　[6] Che

25、n Rong. Research on Permanent Magnet Synchronous Motor Servo System. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2004.</p><p>　　[7] Ki-Seok Kim, Youdan Kim. Robust Backstepping Control for