استراتژی کنترل مدرن
استراتژی کنترل درایو سنتی AC servo عمدتا تحت شرایطی است که مدل شیء کنترل شده تعیین می شود، تغییر نمی کند و خطی است و شرایط عملیاتی و محیط عملیاتی ثابت می شود. با این حال، مدل ریاضی پویای موتور دائمی آهنربا دائمی یک سیستم چند متغیره غیر خطی، قوی و متصل به زمان است. در مورد الزامات کارایی بالا، اثرات غیرخطی مختلف، تغییر ساختار و پارامترهای شی و تغییرات در محیط عملیاتی باید در نظر گرفته شود. و عوامل متغیر و نامنظم مانند اختلالات زیست محیطی. توسعه و کاربرد نظریه کنترل مدرن تا حدی کمبود نظریه کنترل کلاسیک را به سیستم تصادفی غیر خطی تغییر می دهد.
(1) کنترل گشتاور مستقیم
نظریه کنترل مستقیم گشتاور یک استراتژی کنترل قدرت موتور با عملکرد بالا است که توسط پروفسور M. depenbrock از دانشگاه آلمانی روهر و پژوهشگر ژاپنی i.takahash در دهه 1980 پیشنهاد شده است. استراتژی کنترل نیز مبتنی بر ریاضی دقیق جسم کنترل شده است. مدل، اما بر خلاف کنترل بردار، مدل ریاضی موتور AC را به طور مستقیم در سیستم مختصات استاتور بدون تغییرات هماهنگ پیچیده مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد. گرایش میدان استاتور به تصویب می رسد، هیچ جریان جداسازی لازم نیست و اتصال گشتاور و شار از طریق کنترل دوقطبی کنترل می شود که از تجزیه جریان جریان استاتور به اجزای گشتاور و تحریک جلوگیری می کند و به طور مستقیم وضعیت سوئیچینگ اینورتر. کنترل خوب، تمرکز بر پاسخ سریع گشتاور برای دستیابی به عملکرد دینامیک بالا گشتاور. جهت گشتاور مستقيم گشتاور مستقيم از اتصال شار استاتور استفاده مي کند که توسط پارامترهاي روتور تحت تأثير قرار نمي گيرد. تا زمانی که مقاومت استاتور شناخته شده است، می توان آن را مشاهده کرد و به پارامترهای موتور حساس نیست.
تکنولوژی کنترل گشتاور مستقیم با موفقیت در زمینه کنترل موتورهای القایی مورد استفاده قرار گرفت و ABB مجموعه ای از محصولات را راه اندازی کرده است. با این حال، در استفاده از موتور هماهنگ مغناطیسی دائمی، هنوز هم در کنترل گشتاور مستقیم وجود دارد. کنترل گشتاور مستقیم از هیسترزیس زنجیره مغناطیسی استفاده می کند و گشتاور موتور پالستیکی است که به طور مستقیم بر روی صافی موتور عمل می کند. کنترل گشتاور مستقیم نیاز به پیوند شار و گشتاور دارد. دقت در سرعت های پایین ضعیف است، و در نتیجه عملکرد موتور ضعیف موتور و محدوده سرعت موتور کوچک است. با توجه به اندوکتیو کوچک استاتور از موتور، هنگامی که موتور شروع می شود و بار تغییر می کند، ضربه فعلی بزرگ است، و اتصال شتاب و گشتاور موجب بزرگ شدن می شود. علاوه بر این، از آنجا که موقعیت اولیه پیوند شار را نمی توان زمانی که موتور ثابت است، موتور شروع به کار دشوار است. اگر چه برخی از محققان در داخل و خارج از کشور تلاش کرده اند و استراتژی کنترل گشتاور مستقیم موتور موتور همزمان موتور آهنربای دائمی را در سال های اخیر مورد آزمایش قرار داده اند، اما این طرح کنترل دشواری برای برآوردن نیازهای تکنولوژی درایو سروو AC است.
(2) کنترل ساختار متغیر حالت کشویی
کنترل ساختار متغیر متعلق به دسته کنترل غیرخطی است و غیر خطی بودن آن به عنوان عدم انطباق کنترل، یعنی ویژگی تغییری است که "ساختار" سیستم را تغییر می دهد. کنترل ساختار متغیر حالت کشویی نیازی به دانستن مدل ریاضی سیستم نیست. تنها نیاز به درک تقریبی پارامترهای سیستم و تغییرات آنها است، به طوری که کنترل ساختار متغیر دارای مزایای پاسخ سریع، عدم حساسیت به پارامترها و تغییرات اختلال و بدون نیاز به شناسایی و طراحی آنلاین است. با کارکرد کاهش سفارش و جداسازی، زمانی که سیستم وارد وضعیت حالت کشویی می شود، انتقال وضعیت سیستم دیگر از تغییرات پارامترهای اصلی و اختلالات خارج از سیستم تحت تاثیر قرار نمی گیرد، بلکه مجبور است که در مجاورت هواپیما سوئیچ حرکت کند با انعطاف پذیری و استحکام کامل خود، کنترل حالت کشویی با موفقیت در موتور سقفی موتور سیکل مغناطیسی دائمی اعمال شده است. با این حال، با توجه به کنترل انفجار، مشکل chattering ناگزیر ایجاد می شود، و مشکل chattering یک مشکل عمده در استفاده گسترده از کنترل کشویی ساختار متغیر حالت کشویی است. در حال حاضر، در سیستم موتور سروی AC، با تغییر ساختار حالت کشویی، مانند استفاده از ساختار حالت کشویی بالا و پردازش فیلتر، مشکل چته ناشی از کنترل ساختار متغیر حالت کشویی تا حدودی حل شده است.
(3) کنترل انعطاف پذیر
کنترل انعطاف پذیر توسط گلچل چاه در اوایل دهه 1950 ارائه شد. این ترکیب کنترل بازخورد را با تئوری تشخیص و پیشنهاد می کند تا تاثیر تغییرات در ویژگی های شی کنترل، رانش و اختلال محیطی در سیستم، یا زمانی که پارامترهای بسیاری از فرآیند کنترل شده نیست و یا این پارامترها در عمل طبیعی است. تغییرات، به ویژه هنگامی که متغیرهای آهسته وجود دارد، با دنبال کردن شاخص های عملکردی خاص برای تکمیل تنظیم شیء کنترل شده، بهینه می شوند.
روش های تطبیقی که در حال حاضر برای کنترل استفاده می شود، تطبیقی مرجع مدل، کنترل خودکار تصحیح پارامتر و کنترل های انطباق پذیر غیرخطی است. سیستم کنترل تطبیقی مرجع مدل نیاز به یک مدل دقیق ریاضی از شی کنترل ندارد و نیازی به شناسایی پارامتر ندارد. مشکل اصلی این است که یک قانون تنظیم پارامتر انطباقی برای ایجاد ثبات سیستم در حالی که سیگنال خطای آن صفر باشد، طراحی شده است. مزیت اصلی این است که پیاده سازی و سریع آسان است. با این حال، در الگوریتم تطبیقی برخی از مشکلات وجود دارد، مانند مدل ریاضی و عملیات دست و پا گیر، که سیستم کنترل را پیچیده می کند. به عنوان مثال، شناسایی و اصلاح پارامتر یک دوره زمان را می گیرد. برای سیستم های با تغییرات پارامتر سریع تر، عملکرد کنترل به شدت تحت تاثیر سرعت سیستم محاسبه می شود. سخت افزار سیستم نرم افزاری باید درایو سروو AC باشد، که عموما توسط یک پردازنده سیگنال دیجیتال 32 بیتی (DSP) یا یک آرایه دروازه قابل برنامه ریزی (fpga) اجرا می شود.
(4) کنترل خطی سازی غیر خطی بازخورد
خطی سازی بازخورد یک روش طراحی کنترل غیرخطی است. ایده اصلی این است که یک جبر سیستم غیرخطی را به یک سیستم خطی (یا بخشی از آن) تبدیل کنید تا مهارتهای سیستم خطی اعمال شوند. تفاوت اساسی بین آن و خطی سازی عادی این است که خطی سازی بازخورد از طریق تقسیم خطی سیستم به دست نمی آید، بلکه با گذار حالت و بازخورد. در سال های اخیر، نتایج تحقیقات نظری سیستم های کنترل غیرخطی نشان می دهد که بازخورد حالت غیرخطی و تبدیل مناسب مختصات می توانند برای دقیق خطی کردن یک سیستم غیر خطی وابسته در شرایط خاص استفاده شوند و این بازخورد حالت می تواند سیستم کنترل را تضمین کند. پایداری و کیفیت پویا خوب. بر اساس روش کنترل خطی سازی بازخورد دقیق، مدل کنترل خطی شده موتور هماهنگ مغناطیسی دائمی ایجاد شده است. پس از کنترل خطی سازی بازخورد، کنترل انحلال دو محور d و q می تواند تحقق یابد، عملکرد ردیابی فعلی خوب است و پاسخ گشتاور سریع است. پاسخ گام سرعت می تواند به تدریج به مقدار داده شده، بدون تغییرات استاتیک، برونده کوچکی و روند انتقال کوتاه همگرا شود.
(5) استراتژی کنترل هوشمند
استراتژی های کنترل کلاسیک و مدرن بر مدل ریاضی موتور متکی هستند و اساسا به مشکلات کنترل سیستم های پیچیده و نامشخص نمی پردازد. استراتژی کنترل هوشمند دارای ویژگی های غیر خطی است و می تواند سیستم ها را با اشیاء کنترل کننده پیچیده تر، محیط ها و وظایف حل کند. کنترل هوشمند از وابستگی به مدل شیء کنترل شده خلاص می شود و تنها با توجه به اثر واقعی کنترل می شود. در کنترل، عدم اطمینان و عدم اطمینان سیستم را می توان حل کرد.
استراتژی های کنترل هوشمند شامل کنترل فازی، کنترل شبکه عصبی، کنترل سیستم متخصص و کنترل قوی و کنترل الگوریتم ژنتیکی می باشد. استراتژی کنترل فازی و کنترل عصبی با استفاده از سیستم سروو موتور همزمان موتور دائمی بالغ می شود.
(6) کنترل فازی
کنترل فازی یک نوع کنترل عددی کامپیوتری بر اساس تجمع فازی، متغیرهای زبانی فازی و استدلال منطقی فازی است. کنترل فازی یکپارچه سازی ریاضیات و فازی است و از مجموعه های فازی، متغیرهای زبان شناختی فازی و استدلال فازی به عنوان مبنای نظری آن استفاده می کند، یعنی استفاده از مجموعه های فازی برای توصیف ابهام در مفاهیم استفاده شده توسط مردم هر روز، با دانش قبلی و تجربه متخصص به عنوان قوانین کنترل ، با استفاده از شبیه سازی ماشین برای کنترل سیستم، می تواند به طور واقعی تقلید تجربه کنترل و روش کنترل فازی از اپراتورهای ماهر و کارشناسان.
استدلال فازی به مدل های دقیق ریاضی بستگی ندارد. با توجه به اطلاعات ورودی و خروجی سیستم واقعی، سیستم را می توان در زمان واقعی با اشاره به تجربه عملی اپراتورهای میدان کنترل کرد. بنابراین، برای حل مسائل کنترل سیستم های غیر خطی مناسب است؛ چسبندگی خوب و سازگاری قوی، مناسب برای سیستم های دارای تاخیر زمان و زمان. با این حال، توانایی خودآموز کنترل کنترل فازی قوی نیست و قوانین کنترل طراحی بستگی به تجربه و دانش تخصصی دارند که ممکن است باعث شود سیستم نادرست باشد. به سادگی تصویب استراتژی کنترل فازی نیاز به قوانین کنترل بیشتر، نیاز به تجربه زیادی از کارکنان، و دقت کنترل نسبتا کم است. فن آوری کنترل فازی در طراحی سیستم تنظیم کننده جریان فعلی سیستم سروو موتور و تنظیم کننده سرعت به خوبی استفاده شده است. با این حال، در سیستم سروو با نیازهای پویا بالا، هنوز هم نیاز به تکنولوژی پیشرفته تر است.
(7) کنترل شبکه عصبی
تحقیقات شبکه عصبی در اوایل دهه 1940 آغاز شد. در دهه 1980، نظریه شبکه عصبی موفق شد و به یک شاخه مهم کنترل هوشمند تبدیل شد.
شبکه عصبی به یک سیستم پردازش اطلاعات اشاره دارد که ساختار و عملکرد اعصاب جمجماتی انسانی را با تکنیک های مهندسی شبیه سازی می کند. کنترل شبکه عصبی تابع محاسبه را در شبکه فیزیکی جاسازی می کند. در فرآیند محاسبه، هر عملیات اساسی دارای ارتباط متناظر با آن است. مدل شبکه عصبی، روند فعالیت نرون مغز انسان را شبیه سازی می کند، از جمله پردازش، پردازش و ذخیره سازی اطلاعات. هر نورون بخشي از محتواي اطلاعات متنوعي را ذخيره مي کند و برخي از خسارات و تخلف هاي نروني تنها به ضعف بخشي شبکه منجر مي شوند. شبکه عصبی دارای مزایای ذخیره سازی توزیع اطلاعات، پردازش موازی، تقریب غیر خطی، توانایی خودآموزی و خودسازمانی است. این می تواند به طور کامل سیستم های غیر خطی پیچیده خودسرانه را تقریبا متمایز کند و می تواند به ویژگی های پویا سیستم های بسیار نامعلومی یاد بگیرد و سازگار باشد. استحکام، با توانایی شبیه سازی تفکر تصویری انسانی، مناسب برای برخورد با سیستم هایی است که برای توصیف مدل ها یا قوانین دشوار است. در سال های اخیر، مردم شروع به تلاش برای اعمال تکنولوژی کنترل شبکه عصبی (یا هوش مصنوعی) به سیستم های کنترل موتور درایو AC برای حل مشکلات که توسط روش های سنتی حل می شوند. استفاده از سیستم تنظیم آینه ویژگی های سرکوب سر و صدای خوب، تحمل خطا و مقیاس پذیری است، و پارامترهای قوی است. این یک جهت توسعه مهم فن آوری کنترل موتور آینده است.
عملکرد پیشرفته فن آوری پیشرفته فن آوری کنترل AC servo
سیستم سروو بر اساس موتور سنکرون مغناطیسی دائمی جهت توسعه کنترل سروو است. اگر چه روش های متعددی برای اجرای کنترل کننده سروو وجود دارد، اما همچنان مشکلی مانند دقت سیستم کم، قابلیت اطمینان پایین و عملکرد کم سرعت وجود دارد.
هر یک از استراتژی های کنترل سنتی، یک استراتژی کنترل مدرن یا یک استراتژی کنترل هوشمند، هر استراتژی کنترل مزایای خود را دارد، اما در عین حال برخی مشکلات وجود دارد. بدست آوردن اثر کنترل ایده آل از یک استراتژی کنترل دشوار است. این جهت توسعه فناوری کنترل پیشرفته AC AC در آینده برای کشف چگونگی نفوذ و ترکیب انواع استراتژی های کنترل برای بهبود عملکرد کنترل سیستم سروو است. در حال حاضر، استراتژی کنترل کامپوزیت عمدتا دو شکل دارد: یکی استراتژی کنترل جدیدی است که براساس استراتژی کنترل کلاسیک کلاسیک، مانند کنترل فید فازی، کنترل شبکۀ عصبی، کنترل pid کنترل و غیره، اتخاذ شده است. دوم، اتخاذ دو یا چند نوع جدید کنترل استراتژی مانند کنترل شبکه عصبی فازی، کنترل فازی انطباق، کنترل گشتاور مستقیم فازی، کنترل فازی انطباق، کنترل ساختار متغیر حالت گشتاور مستقیم، و غیره. استراتژی های مختلف یکدیگر را بهبود می بخشند عملکرد سیستم کنترل سرعت AC و در عین حال قدرت قوی تر. استراتژی کنترل کامپوزیت تبدیل به تمرکز تحقیقات کنونی و یک روند عمده در توسعه آینده شده است.
نتیجه
به عنوان مثال، با استفاده از یک سیستم موتور همزمان موتور دائمی، اصول، مزایا و معایب استراتژی کنترل سنتی، استراتژی کنترل مدرن و استراتژی کنترل هوشمند در سیستم موتور AC، به طور جداگانه شرح داده شده و تکنولوژی کنترل موتور AC سروو موتور بالا پیش بینی شده است روند توسعه نشان می دهد که آیا این یک استراتژی کنترل سنتی، یک استراتژی کنترل مدرن یا یک استراتژی کنترل هوشمند است، هر استراتژی کنترل دارای مزایای آن است، اما در عین حال برخی از مشکلات وجود دارد. بدست آوردن اثر کنترل ایده آل از یک استراتژی کنترل دشوار است. این جهت توسعه فناوری کنترل پیشرفته AC AC در آینده برای کشف چگونگی نفوذ و ترکیب انواع استراتژی های کنترل برای بهبود عملکرد کنترل سیستم سروو است.
