استراتيجية السيطرة الحديثة
تستخدم إستراتيجية التحكم في محرك سيرفو AC التقليدية في الغالب تحت شرط أن يتم تحديد نموذج الكائن المتحكم به ، ولا يتغير ويكون خطيًا ، ويتم تحديد ظروف التشغيل وبيئة التشغيل لتكون ثابتة. ومع ذلك ، فإن النموذج الرياضي الديناميكي لمحرك متزامن مغناطيسي دائم AC هو نظام متعدد المتغيرات غير خطي ، مقترن بقوة ، ومتغير بمرور الوقت. في حالة متطلبات الأداء العالي ، يجب مراعاة التأثيرات غير الخطية المختلفة والتغييرات في هيكل ومعلمات الكائن والتغيرات في بيئة التشغيل. والعوامل المتغيرة مع الوقت وغير المؤكدة مثل الاضطرابات البيئية. تطوير وتطبيق نظرية التحكم الحديثة إلى حد ما يعوض عن أوجه القصور في نظرية السيطرة الكلاسيكية إلى النظام العشوائي غير الخطي المتغير بمرور الوقت.
(1) التحكم في عزم الدوران المباشر
نظرية التحكم في عزم الدوران المباشر هي استراتيجية التحكم في المحرك AC عالية الأداء التي اقترحها البروفيسور م. ديمنبروك من جامعة الرور الألمانية والباحث الياباني i.takahash في 1980s. تستند إستراتيجية التحكم أيضًا إلى الرياضيات الدقيقة للجسم المتحكم به. يقوم النموذج ، بخلاف التحكم في ناقلات الأمراض ، بتحليل النموذج الرياضي لمحرك التيار المتردد مباشرة في نظام إحداثيات الجزء الثابت دون تحولات تنسيق معقدة. يتم تبني اتجاه المجال الثابت ولا يلزم فصل التيار ، ويتم التحكم بشكل مباشر في عزم الدوران والتدفق بواسطة التحكم في الوضعين ، والذي يتجنب تحلل تيار الجزء الثابت إلى مكونات عزم الدوران والإثارة ، ويتحكم مباشرة في حالة التبديل العاكس. تحكم جيد ، مع التركيز على الاستجابة السريعة لعزم الدوران لتحقيق أداء ديناميكي عالي لعزم الدوران. يستخدم اتجاه المجال المباشر لعزم الدوران وصلة تدفق الجزء الثابت ، والتي لا تتأثر بمعلمات الدوار. طالما أن مقاومة الجزء الثابت معروفة ، يمكن ملاحظتها وهي غير حساسة للمعلمات الحركية.
وقد تم تطبيق تكنولوجيا التحكم في عزم الدوران المباشر بنجاح في مجال التحكم العاكس للمحرك الحثي ، وأطلقت شركة ABB سلسلة من المنتجات. ومع ذلك ، في تطبيق محرك متزامن المغناطيس الدائم ، لا تزال هناك بعض المشاكل في السيطرة عزم الدوران المباشر. يستخدم التحكم في عزم الدوران المباشر تباطؤ السلسلة المغناطيسية ، وعزم دوران المحرك ينبض ، مما يؤثر بشكل مباشر على سلاسة المحرك الجاري. يحتاج التحكم في عزم الدوران المباشر إلى مراقبة وصلة التمدد وعزم الدوران. الدقة ضعيفة عند السرعات المنخفضة ، مما يؤدي إلى ضعف أداء تشغيل المحرك ونطاق سرعة محرك صغير. نظرًا للمحاثة الساكنة الصغيرة للمحرك ، يكون التأثير الحالي كبيرًا عندما يبدأ المحرك ويتغير الحمل ، وتكون وصلة التمرير وعزم الدوران كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك ، بما أنه لا يمكن تقدير الموضع الأولي لوصلة التمويه عندما يكون المحرك ثابتًا ، فمن الصعب بدء تشغيل المحرك. على الرغم من أن بعض الباحثين في الداخل والخارج يحاولون تحسين استراتيجية التحكم في عزم الدوران المباشر لمحرك مغناطيسي دائم في السنوات الأخيرة ، فإن نظام التحكم هذا من الصعب تلبية متطلبات تكنولوجيا محرك سيرفو AC.
(2) التحكم في انزلاق الوضع المتغير
ينتمي التحكم في البنية المتغيرة إلى فئة التحكم غير الخطي ، ويظهر عدم اتساقها على أنه انقطاع التحكم ، أي خاصية التبديل التي تغير "بنية" النظام. لا يحتاج التحكم في بنية متغير الوضع المنزلق إلى معرفة النموذج الرياضي للنظام. يحتاج فقط إلى فهم النطاق التقريبي لمعلمات النظام وتغييراتها ، بحيث يكون للتحكم في البنية المتغيرة مزايا الاستجابة السريعة ، وعدم الحساسية للمعلمات وتغييرات الاضطراب ، ولا حاجة إلى تحديد الهوية والتصميم عبر الإنترنت. مع وظيفة تقليل الترتيب والفصل ، عندما يدخل النظام في حالة وضع الانزلاق ، لم يعد يتأثر نقل حالة النظام بالتغييرات الأصلية للمعلمة والاضطرابات الخارجية للنظام ، ولكنه اضطر إلى الانزلاق بالقرب من مستوى المحول ، مع التكيف الذاتي الكامل والمتانة ، لذلك تم تطبيق التحكم في الوضع الانزلاقي بنجاح في نظام السيرفو المتزامن المغنطيسي الدائم. ومع ذلك ، وبسبب التحكم في الدوي الانفجاري ، فإن المشكلة الثرثرة تحدث حتمًا ، ومشكلة الثرثرة تمثل صعوبة كبيرة في التطبيق الواسع النطاق للتحكم في هيكل متغير الشكل المنزلق. في الوقت الحاضر ، في نظام محرك سيرفو AC ، عن طريق تغيير بنية وضع الانزلاق ، مثل استخدام بنية وضع انزلاق عالية المستوى ومعالجة التصفية ، يتم حل مشكلة الثرثرة الناجمة عن التحكم في هيكل متغير النمط الانزلاقي إلى حد ما.
(3) التحكم التكيفي
تم اقتراح التحكم التكييفي من قبل Golcl - well في أوائل الخمسينات. فهو يجمع بين التحكم في التغذية المرتدة ونظرية تحديد الهوية ، ويقترح تأثير التغييرات في خصائص الكائن المتحكم به ، والانحراف والاضطراب البيئي على النظام ، أو عندما لا يكون هناك العديد من المعلمات للعملية الخاضعة للرقابة أو هذه المعلمات في التشغيل العادي. يتم تحسين التغييرات ، خاصة عند وجود متغيرات بطيئة ، عن طريق البحث عن مؤشرات أداء معينة لاستكمال ضبط الكائن المتحكم فيه.
الأساليب التكيفية المطبقة حاليا للتحكم هي نموذج التكيف المرجعي التكيفي ، والتحكم في التعرف على المعلمات الذاتية والتحكم المتكيف غير الخطي المتطور. لا يتطلب نظام التحكم التكيفي المرجعي النموذجي نموذجًا رياضيًا دقيقًا لعنصر التحكم ولا يتطلب تعريفًا للمعلمة. وتتمثل المشكلة الرئيسية في تصميم قانون تعديل المعلمات التكيفي لضمان استقرار النظام مع جعل إشارة الخطأ تميل إلى الصفر. الميزة الرئيسية هي أنه من السهل تنفيذها وسريع. ومع ذلك ، هناك بعض المشاكل في الخوارزمية التكييفية ، مثل النموذج الرياضي والتشغيل المرهق ، مما يعقد نظام التحكم. على سبيل المثال ، يستغرق تحديد المعلمة وتصحيحها فترة زمنية. بالنسبة للأنظمة ذات التغييرات السريعة للمعلمات ، يتأثر أداء التحكم بشكل كبير بسرعة حساب النظام. يجب أن تكون أجهزة نظام التطبيق عالية في محرك سيرفو AC ، والذي يتم تنفيذه بشكل عام بواسطة معالج الإشارة الرقمية 32 بت (DSP) أو مصفوفة بوابات قابلة للبرمجة الحقل (fpga).
(4) مراقبة الخطية الخطية غير الخطية
ردود الفعل linearization هو أسلوب تصميم السيطرة غير الخطية. الفكرة الأساسية هي تحويل جبر النظام اللاخطي إلى نظام خطي (كامل أو جزئي) بحيث يمكن تطبيق مهارات النظام الخطي. والفرق الأساسي بينها وبين الخطية العادية هو أن الخطية المرتدة لا يتم الحصول عليها عن طريق التقريب الخطي للنظام ولكن عن طريق انتقال الدولة وردود الفعل. في السنوات الأخيرة ، أظهرت نتائج الأبحاث النظرية لأنظمة التحكم غير الخطية أن ردود الفعل غير الخطية وتحويل الإحداثي المناسب يمكن أن يستخدما في تحديد خط النظام اللاخطي الصريح بدقة في ظل ظروف معينة ، ويمكن لهذه الحالة أن تضمن نظام التحكم. الاستقرار وجودة ديناميكية جيدة. استناداً إلى طريقة التحكم في التغذية الخطية بدقة ، يتم إنشاء نموذج التحكم الخطي لمحرك المغنطيس الدائم المتزامن. بعد التحكم في التغذية الخطية المرتدة ، يمكن تحقيق التحكم في فصل المحاور d و q ، يكون أداء التتبع الحالي جيداً ، وتكون استجابة عزم الدوران سريعة. يمكن أن تتلاقى استجابة سرعة الخطوة تدريجيًا مع قيمة معينة ، بدون اختلاف ثابت ، وتجاوز صغير ، وعملية انتقال قصيرة.
(5) استراتيجية الرقابة الذكية
تعتمد استراتيجيات التحكم الكلاسيكية أو الحديثة على النموذج الرياضي للمحرك ولا تعالج بشكل أساسي مشاكل التحكم في الأنظمة المعقدة وغير المؤكدة. تتميز استراتيجية التحكم الذكي بخصائص غير خطية ويمكنها حل أنظمة ذات عناصر تحكم أكثر تعقيدًا وبيئات ومهام. يتخلص التحكم الذكي من الاعتماد على نموذج الكائن المتحكم به ، ولا يتحكم إلا وفقًا للتأثير الفعلي. في السيطرة ، يمكن حل عدم اليقين النظام وعدم الدقة.
تشمل استراتيجيات التحكم الذكي التحكم الضبابي والتحكم في الشبكات العصبية والتحكم في النظام الخبير والتحكم القوي والتحكم في الخوارزمية الجينية. الاستراتيجيات الضبابية والتحكم في الشبكات العصبية تكون ناضجة في تطبيق نظام السيرفو المتزامن الدائم.
(6) السيطرة المشوشة
التحكم الضبابي هو نوع من التحكم العددي الحاسوبي يعتمد على التجميع الغامض ، المتغيرات اللغوية الغامضة والمنطق المنطقي الغامض. يوحّد التحكم الضبابي الرياضيات والغموض ، ويستخدم مجموعات ضبابية ، ومتغيرات لغوية ضبابية ، واستنتاجًا غامضًا كأساس نظري ، أي استخدام مجموعات ضبابية لوصف الغموض في المفاهيم المستخدمة من قِبل الأشخاص كل يوم ، مع المعرفة السابقة والخبرة الخبيرة مثل قواعد التحكم ، باستخدام محاكاة آلة للتحكم في النظام ، يمكن تقليد واقعي تجربة السيطرة وطريقة تحكم غامض من المشغلين والخبراء المهرة.
لا يعتمد المنطق الضبابي على نماذج رياضية دقيقة. وفقا لبيانات المدخلات والمخرجات للنظام الفعلي ، يمكن التحكم في النظام في الوقت الحقيقي مع الإشارة إلى الخبرة التشغيلية لمشغلي المجال. لذلك ، فهي مناسبة لحل مشاكل التحكم في الأنظمة اللاخطية ؛ التواؤم الجيد والقدرة على التكيف قوية ، ومناسبة لأنظمة التأخير المتغيرة بمرور الوقت. ومع ذلك ، فإن قدرة التعلم الذاتي الضبابية ليست قوية ، وتعتمد قواعد التحكم في التصميم على الخبرة والمعرفة المتخصصة ، مما قد يجعل النظام غير دقيق. إن مجرد تبني استراتيجية الضبابية يتطلب المزيد من قواعد التحكم ، ويتطلب الكثير من خبرات الموظفين ، ودقة التحكم منخفضة نسبيًا. لقد تم تطبيق تقنية التحكم الضبابية بشكل جيد في تصميم منظم تيار المحرك AC المؤازر و منظم السرعة. ومع ذلك ، في النظام المؤازر مع متطلبات ديناميكية عالية ، لا تزال التكنولوجيا بحاجة إلى مزيد من التحسين.
(7) مراقبة الشبكة العصبية
بدأ البحث عن الشبكات العصبية في أوائل الأربعينيات. في الثمانينات من القرن الماضي ، حققت نظرية الشبكة العصبية انفراجة وأصبحت فرعًا مهمًا للتحكم الذكي.
تشير الشبكة العصبية إلى نظام معالجة المعلومات الذي يحاكي بنية ووظيفة الأعصاب القحفية البشرية من خلال التقنيات الهندسية. يشتمل التحكم في الشبكة العصبية على وظيفة الحساب في الشبكة الفعلية. في عملية الحساب ، كل عملية أساسية لها اتصال مقابل معها. يحاكي نموذج الشبكة العصبية عملية نشاط الخلايا العصبية الدماغية البشرية ، بما في ذلك معالجة المعلومات وتخزينها وتخزينها. يقوم كل عصبون بتخزين جزء من محتوى مجموعة متنوعة من المعلومات ، كما أن بعض تلف الخلايا العصبية وتدمير المعلومات لا يؤدي إلا إلى إضعاف جزئي للشبكة. تمتلك الشبكة العصبية مزايا تخزين توزيع المعلومات والمعالجة المتوازية والتقريب غير الخطي والتعلم الذاتي وقدرة التنظيم الذاتي. يمكن أن تقارب بشكل كامل الأنظمة غير الخطية المعقدة بشكل تعسفي ، ويمكن أن تتعلم وتتكيف مع الخصائص الديناميكية للأنظمة شديدة الشك. القوة ، مع القدرة على محاكاة صورة الإنسان ، هي مناسبة للتعامل مع الأنظمة التي يصعب وصفها مع النماذج أو القواعد. في السنوات الأخيرة ، بدأ الناس في محاولة تطبيق تكنولوجيا التحكم في الشبكة العصبية (أو الذكاء الاصطناعي منظمة العفو الدولية) إلى أنظمة التحكم في المحركات AC لحل المشاكل التي يصعب حلها بالطرق التقليدية. إن استخدام نظام التعديل ai له خصائص قمع ضوضاء جيدة ، وتحمل للخطأ وقابلية التوسع ، وقوي للمعلمات. وهو اتجاه تطوير مهم لتقنية التحكم في المحركات المستقبلية.
اتجاه تطوير تكنولوجيا التحكم AC عالية الأداء
إن نظام الماكينة المبني على محرك متزامن مغناطيسي دائم هو اتجاه تطوير التحكم المؤازر. على الرغم من وجود العديد من الطرق لتنفيذ التحكم في AC servo ، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشاكل مثل دقة النظام المنخفضة ، والاعتمادية الضعيفة ، والأداء المنخفض السرعة.
سواء كانت استراتيجية تحكم تقليدية ، أو استراتيجية تحكم حديثة ، أو استراتيجية تحكم ذكية ، فإن لكل استراتيجية تحكم مزاياها ، ولكن في نفس الوقت هناك بعض المشاكل. من الصعب الحصول على تأثير التحكم المثالي من استراتيجية تحكم واحدة. هذا هو اتجاه تطوير تكنولوجيا التحكم في أجهزة AC عالية الأداء في المستقبل لاستكشاف كيفية التسلل ومضاعفة استراتيجيات التحكم المختلفة لتحسين أداء التحكم في نظام المؤازرة. في الوقت الحالي ، تشتمل استراتيجية التحكم المركب بشكل أساسي على شكلين: الأول هو تبني إستراتيجية تحكم جديدة تعتمد على إستراتيجية التحكم التقليدية في pid ، مثل التحكم في pid غير واضح ، التحكم في الشبكة العصبية ، التحكم في pid الخ ، إلخ. ثانياً ، اعتماد نوعين أو أكثر من أنماط التحكم الجديدة مثل التحكم الشبكي العصبي المشوش ، والتحكم الضبابي التكيفي ، والتحكم المباشر في العزم المباشر ، والتحكم الضبابي المتكيف ، والتحكم المباشر في هيكل عزم الدوران المتغير المباشر ، وما إلى ذلك. تكمل الاستراتيجيات المختلفة بعضها البعض لمزيد من التحسين. أداء نظام التحكم في سرعة AC ، وفي الوقت نفسه يكون أقوى متانة. أصبحت استراتيجية السيطرة المركبة محور البحوث الحالية واتجاه رئيسي في التنمية المستقبلية.
استنتاج
مع الأخذ بنظام المغناطيس المتزامن الدائم كمثال ، يتم وصف المبادئ الأساسية ، مزايا وعيوب استراتيجية التحكم التقليدية ، استراتيجية التحكم الحديثة واستراتيجية التحكم الذكي في نظام محرك سيرفو AC بشكل منفصل ، وتقنية التحكم في نظام محرك سيرفو AC عالي الأداء ومن المتوقع. يشير اتجاه التنمية إلى أنه سواء كانت استراتيجية تحكم تقليدية ، أو استراتيجية تحكم حديثة ، أو استراتيجية تحكم ذكية ، فإن كل استراتيجية تحكم لها مزاياه ، ولكن في نفس الوقت هناك بعض المشاكل. من الصعب الحصول على تأثير التحكم المثالي من استراتيجية تحكم واحدة. هذا هو اتجاه تطوير تكنولوجيا التحكم في أجهزة AC عالية الأداء في المستقبل لاستكشاف كيفية التسلل ومضاعفة استراتيجيات التحكم المختلفة لتحسين أداء التحكم في نظام المؤازرة.
