基于迭代學(xué)習(xí)的永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的位置環(huán)控制
馬珍珍，南余榮
(浙江工業(yè)大學(xué)，浙江杭州310014)
摘要：將迭代P型學(xué)習(xí)算法與傳統(tǒng)的PID算法結(jié)合用于永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的位置控制。基于永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和理論，在Matlab的simulink的仿真環(huán)境下分別對(duì)單獨(dú)使用PID控制器和PID+ILc控制器的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明該方法能夠有效提高系統(tǒng)的位置跟蹤性能。
關(guān)鍵詞：迭代學(xué)習(xí)控制；P型學(xué)習(xí)律；永磁同步直線電動(dòng)機(jī)；PID控制；si皿dink
中圖分類號(hào)：TM359．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)04—0049—03
O引 言
迭代學(xué)習(xí)控制是智能控制的一個(gè)分支，它的思想****由日本學(xué)者Uchiyam提出，直到1984年Ari-moto以英文發(fā)表以后，才開始被人們關(guān)注。該算法適用于具有重復(fù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的被控對(duì)象，它不依賴于系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，只是利用控制系統(tǒng)的先前的控制經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際輸出信號(hào)和期望輸出信號(hào)的誤差來尋找理想的控制信號(hào)，使得被控系統(tǒng)的實(shí)際輸出軌跡在有限時(shí)間區(qū)間上沿著整個(gè)期望輸出軌跡實(shí)現(xiàn)零誤差的完全跟蹤，因此該算法在對(duì)解決傳統(tǒng)控制方法難以控制的復(fù)雜不確定性系統(tǒng)中有獨(dú)到之處。
迭代算法從最初的D型算法，發(fā)展到P型、PD型、P1D型、高階學(xué)習(xí)算法、帶遺忘因子的學(xué)習(xí)算法，以及其與自適應(yīng)、模糊控制等先進(jìn)控制算法結(jié)合的復(fù)合型算法等。迭代學(xué)習(xí)算法的發(fā)展推動(dòng)了具有復(fù)雜動(dòng)力學(xué)對(duì)象的重復(fù)操作任務(wù)的快速高性能的發(fā)展，它已經(jīng)成功的應(yīng)用在機(jī)器人、伺服系統(tǒng)、工業(yè)過程等控制過程中。本文是將迭代學(xué)習(xí)控制算法與傳統(tǒng)的PID算法結(jié)合運(yùn)用于永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的位置控制中。Sire、~link仿真結(jié)果分析可知該方法能夠提高系統(tǒng)跟蹤精度。1永磁同步直線電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型及仿真模型
永磁同步直線電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生直線驅(qū)動(dòng)力，能很好地解決旋轉(zhuǎn)電機(jī)在實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)中帶來的反向死區(qū)和結(jié)構(gòu)柔性等問題。與此同時(shí)，由于沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的高精度運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)受到諸如其對(duì)模型不確定性和外部干擾更加敏感以及推力波動(dòng)等的影響。這些推力波動(dòng)如齒槽力波動(dòng)、磁阻力波動(dòng)、端部效應(yīng)等。對(duì)于永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的位置控制策略的研究，shih—chang. Hsu等人將模糊邏輯算法與傳統(tǒng)的PI算法結(jié)合，該算法基于電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型并避免了復(fù)雜的計(jì)算，得到了很好的抗擾動(dòng)效果；D．M．Alter等人采用且。方法對(duì)模型不確定和外界干擾設(shè)計(jì)魯棒位置控制器，該方法雖然提高了控制精度，但不能實(shí)現(xiàn)完全的非線性補(bǔ)償；郭慶鼎等人提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)IP控制策略，利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，權(quán)值具有明確物理意義等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。
建立一個(gè)假設(shè)電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱，磁場(chǎng)沿氣隙正弦分布時(shí)的永磁同步直線電動(dòng)機(jī)模型，忽略磁飽和效應(yīng)和渦流損耗、溫度和頻率變化對(duì)電機(jī)參數(shù)的影晌。根據(jù)矢量控制原理，在定子坐標(biāo)系中通過3／2變換將定子三相電流(ia，ib，ic)分解為正交的兩相電流(iα，iβ)，再轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的兩相正交電流(id，iq)。d—q坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型為：
電壓方程：  式中：x 1為動(dòng)子位置；x 2為動(dòng)子速度；u( t)為控制量；w( t)為系統(tǒng)有界的不確定性干擾，  基于永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制的基本原理可以在simulink環(huán)境下建立以直線電機(jī)仿真模型為對(duì)象的位置速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示。位置和速度環(huán)均采用了PI控制器。其輸人為位置給定值和實(shí)際值的誤差，輸出的結(jié)果為速度給定。由于采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，id=O，轉(zhuǎn)矩和電流的幅值成正比，因此速度調(diào)節(jié)器輸出實(shí)際為電流幅值的給定值。根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，給定經(jīng)2／3變換得到三相正弦電流的瞬時(shí)給定值。再經(jīng)過滯環(huán)電流跟蹤型FWM逆變器，輸出三相交流電到永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的三相繞組中，產(chǎn)生推力。該雙閉環(huán)控制系統(tǒng)參數(shù)如下：位置環(huán)PI參數(shù)：Kp=O．055，Ki=20；速度環(huán)P1 |
