周麗多電機(jī)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與同步解耦控制策略研究精講

1、無憂PPT整理發(fā)布 多電機(jī)同步系統(tǒng) 多變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)感應(yīng)電機(jī)就構(gòu)成了多電機(jī)多變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)感應(yīng)電機(jī)就構(gòu)成了多電機(jī) 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 無憂PPT整理發(fā)布 多電機(jī)同步系統(tǒng)定義：由兩臺(tái)及以多電機(jī)同步系統(tǒng)定義：由兩臺(tái)及以 上的電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一共同負(fù)載，上的電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一共同負(fù)載， 并且系統(tǒng)中各電機(jī)要保持協(xié)調(diào)同步并且系統(tǒng)中各電機(jī)要保持協(xié)調(diào)同步 運(yùn)行。運(yùn)行。 “共同負(fù)載共同負(fù)載”可以是多種多樣的，本可以是多種多樣的，本 平臺(tái)用一根聚酯織物皮帶形成共同平臺(tái)用一根聚酯織物皮帶形成共同 負(fù)載。負(fù)載。 根據(jù)共同負(fù)載的不同，多電機(jī)同步根據(jù)共同負(fù)載的不同，多電機(jī)同步 系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。系統(tǒng)可以應(yīng)用于

2、各種不同的領(lǐng)域。 無憂PPT整理發(fā)布 多電機(jī)系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)合：多電機(jī)系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)合： 無憂PPT整理發(fā)布 實(shí)際意義：實(shí)際意義：多電機(jī)同步控制在工業(yè)生產(chǎn)、 舞臺(tái)控制、軍事及航空等領(lǐng)域中得到了廣 泛的應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)過程中 ，由于各傳 動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)特性不匹配、負(fù)載的擾動(dòng)等因 素的影響，使得多電機(jī)的同步性能惡化。 因此，多電機(jī)同步控制成為研究的熱點(diǎn)。 理論意義：理論意義：從高性能控制的角度來看，多電 機(jī)同步系統(tǒng)是一個(gè)高階、強(qiáng)耦合、非線性時(shí) 變的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)際上很難獲得其精確的數(shù) 學(xué)模型。因此，基于不依賴多電機(jī)的數(shù)學(xué)模 型，對(duì)多電機(jī)的解耦控制成為了多電機(jī)同步 控制中的難點(diǎn)。 。 多點(diǎn)接口MPI（M

3、ultipoint Interface）是 一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式，適用于通信速率 要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大的場(chǎng)合。多用于 對(duì)其編程，連接上位機(jī)和少量PLC之間近距 離通訊。 MPI、PROFIBUS通訊結(jié)構(gòu)圖 PROFIBUS是是Process Fieldbus的簡(jiǎn)稱，它是的簡(jiǎn)稱，它是 1987年由原西德聯(lián)邦科技部集中了年由原西德聯(lián)邦科技部集中了13家公司及家公司及5家家 研究所力量研究所力量ISO/OSI參考模型制定現(xiàn)場(chǎng)總線德國國參考模型制定現(xiàn)場(chǎng)總線德國國 家標(biāo)家標(biāo)(PROFIBUS)。2年多努力，完成了制定工作，年多努力，完成了制定工作， 與與1991年年4月月DIN19245中發(fā)表，正

4、式成為德國現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)表，正式成為德國現(xiàn)場(chǎng) 總線國家標(biāo)準(zhǔn)。從總線國家標(biāo)準(zhǔn)。從1991年到年到1995年先后批準(zhǔn)實(shí)施年先后批準(zhǔn)實(shí)施 Part1Part4，1996年年3月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 V2，并于，并于2000年成為年成為IEC61158國際現(xiàn)場(chǎng)國際現(xiàn)場(chǎng) 總線標(biāo)準(zhǔn)之一?？偩€標(biāo)準(zhǔn)之一。 PROFIBUS是目前國際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總 線標(biāo)準(zhǔn)之一，是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開 放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備 均可以通過同樣的接口交換信息。 PROFIBUS用于分布式I/O設(shè)備、傳動(dòng)裝 置、PLC和基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng). 90年代初，年代初，PROFIBUS由西門子引入中由

5、西門子引入中 國，開始被國內(nèi)所接受。到中德兩國政府有國，開始被國內(nèi)所接受。到中德兩國政府有 關(guān)部門支持及西門子大力推廣，關(guān)部門支持及西門子大力推廣，PROFIBUS 中國發(fā)展勢(shì)頭良好，目前，中國發(fā)展勢(shì)頭良好，目前，PROFIBUS我國我國 已擁有眾多用戶，如上海揚(yáng)樹蒲電廠、西安已擁有眾多用戶，如上海揚(yáng)樹蒲電廠、西安 揚(yáng)森制藥廠、云南玉溪卷煙廠、青島啤酒廠、揚(yáng)森制藥廠、云南玉溪卷煙廠、青島啤酒廠、 海爾冰箱生產(chǎn)線。海爾冰箱生產(chǎn)線。 lPROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議包括三個(gè)主要部分： l PROFIBUS-DP：主站和從站之間采用輪循的通訊 方式，主要應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通 信。 P

6、ROFIBUS-PA：電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳 輸，主要用于面向過程自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng) 級(jí)通訊。 PROFIBUS-FMS：定義了主站和主站之間的通訊 模型，主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)中系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的過 程數(shù)據(jù)交換。 無憂PPT整理發(fā)布 無憂PPT整理發(fā)布 。 無憂PPT整理發(fā)布 代表全世界1200 多家會(huì)員公司的 PROFIBUS 國際組織推出了基于實(shí)時(shí)工業(yè)以 太網(wǎng)的PROFINET 自動(dòng)化解決方案。該技術(shù) 為當(dāng)前的用戶提供了一套完整高性能可伸縮的 升級(jí)至工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)的解決方案PROFINET 是一項(xiàng)重大的并具有戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，它不 僅能為PROFIBUS，而且能為其它現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng) 絡(luò)

7、系統(tǒng)提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。 無憂PPT整理發(fā)布 采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式、跨供 應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)的 PROFINET，即可從公司管 理層直到現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)現(xiàn)直接、透明的訪問。 PROFINET 基于現(xiàn)有成熟IT 標(biāo)準(zhǔn)，并 提供對(duì)TCP/IP 的全面支持。用戶能夠 毫不費(fèi)力地與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷 集成。 無憂PPT整理發(fā)布 PROFInet 方案覆蓋了分散自動(dòng)化系統(tǒng)的 所有運(yùn)行階段。它包含下列主要方面： 高度分散自動(dòng)化系統(tǒng)的開放對(duì)象模型（結(jié)構(gòu) 模型） 基于 Ethernet 的開放的、面向?qū)ο蟮倪\(yùn)行 期通信方案（功能單元間的通信關(guān)系） 獨(dú)立于制造商的工程設(shè)計(jì)方案（應(yīng)用開發(fā)） 無憂PPT整理發(fā)布 具有PRO

8、FInet 的工業(yè)通信 無憂PPT整理發(fā)布 PROFIBUS、PROFInet 網(wǎng)絡(luò) 紫色為PROFIBUS總線 綠色為PROFINET總線 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 在許多實(shí)際多電機(jī)同步系統(tǒng)中，要求各臺(tái)電機(jī)之間 必須協(xié)調(diào)運(yùn)行，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的張力保持在 某個(gè)給定值恒定不變，并且張力不受電機(jī)速度變化 的影響。為了提高張力控制的性能，就必須實(shí)現(xiàn)速 度和張力的解耦控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 兩電機(jī)張力控制系統(tǒng)模型兩電機(jī)張力控制系統(tǒng)模型 電機(jī)1電機(jī)2 張力控 制器 速度控 制器 浮輥 1 2 *

9、 f * v f 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 三電機(jī)張力控制系統(tǒng)模型三電機(jī)張力控制系統(tǒng)模型 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 根據(jù)虎克定律：根據(jù)虎克定律： 1 12 222 2 111 11 1 12 1 1 222 2 111 11 12 ) 11 ( ) 11 ( T F kr n kr nT K F L AV kr n kr nL AE F r p r p r p r p 2 23 333 3 222 22 2 23 2 2 333 3 222 22 23 ) 11 ( ) 11 ( T F kr n

10、kr nT K F L AV kr n kr nL AE F r p r p r p r p 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 傳統(tǒng)的兩電機(jī)傳統(tǒng)的兩電機(jī)PIDPID控制控制 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 經(jīng)典PID控制器的優(yōu)缺點(diǎn)剖析 經(jīng)典PID控制器的原理是基于“用誤差反饋來消除誤差”； 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，不需要被控對(duì)象的模型 ； 缺點(diǎn)：誤差的取法 、由誤差e 提取微分的辦法 、“加權(quán)和” 策略、積分反饋。 但控制器參數(shù)整定困難,

11、 參數(shù)魯棒性較差, 無法同時(shí)滿足響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)精度高的要求。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 近年來國內(nèi)在該方面的研究剛剛起步，國外在該領(lǐng) 域的研究得到迅速發(fā)展，多電機(jī)的協(xié)調(diào)控制的主要 方法有： (1) 基于傳統(tǒng)PID 的改進(jìn)算法 2006 年，天津大學(xué)的Che Yanbo 等人使用變?cè)?益智能控制方法實(shí)現(xiàn)了纖維熱成型機(jī)械多電機(jī)同步 系統(tǒng)的恒張力控制。2007 年，上海交通大學(xué)的周 燁斐等人采用遞歸平均PID 增量算法實(shí)現(xiàn)了四電機(jī) 系統(tǒng)粗紗張力控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 (2) 基于模糊控制的算法

12、 2005年，韓國的ByeongMook Chung等人通過 Fuzzy PID算法實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)高速開口機(jī)系統(tǒng)的張力 的動(dòng)態(tài)控制。Chung-Chun Kung等人通過設(shè)計(jì)自適 應(yīng)模糊控制器實(shí)現(xiàn)收卷機(jī)系統(tǒng)的恒張力控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 (3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 1998年，Luo應(yīng)用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使速度環(huán)和張力環(huán) “隔離”，實(shí)現(xiàn)速度和張力的半獨(dú)立控制。2005年， 中國東南大學(xué)戴先中教授利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)階逆系統(tǒng)控 制方法實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步系統(tǒng)中速度和張力的解耦控 制。2006 年，北京理工大學(xué)的Bo-qun Li 等人通過 對(duì)角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了活套系

13、統(tǒng)高度和張力的解 耦控制；Zhang Pin 等人提出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 實(shí)現(xiàn)了兩輸入兩輸出系統(tǒng)的解耦控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 (4) 其他的一些先進(jìn)控制方法 2006年，智利的Rodrigo Carrasco等人通過設(shè)計(jì) 張力估計(jì)器實(shí)現(xiàn)了兩滾筒卷繞機(jī)的張力魯棒控制； 浙江工業(yè)大學(xué)的南余榮等人應(yīng)用遞推最小二乘法 (RLS)在線辨識(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了金屬拉絲設(shè)備 收卷機(jī)的恒張力控制；燕山大學(xué)的楊景明等人通 過基于對(duì)角線矩陣解耦的時(shí)域解耦控制方法實(shí)現(xiàn) 了帶鋼冷連軋機(jī)厚度和張力的解耦控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)

14、同步解耦策略研究 （1）模糊控制策略 基于基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的多電機(jī)模糊控制系現(xiàn)場(chǎng)總線的多電機(jī)模糊控制系 統(tǒng)統(tǒng) 在分析張力控制模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制原在分析張力控制模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制原 理和一般的模糊控制器設(shè)計(jì)方法，在張力控制回理和一般的模糊控制器設(shè)計(jì)方法，在張力控制回 路和速度控制回路分別設(shè)計(jì)了混合模糊路和速度控制回路分別設(shè)計(jì)了混合模糊PIDPID控制控制 器。為了最大限度的減小速度回路變化對(duì)系統(tǒng)張器。為了最大限度的減小速度回路變化對(duì)系統(tǒng)張 力的影響，在速度控制回路和張力控制回路之間力的影響，在速度控制回路和張力控制回路之間 設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊邏輯補(bǔ)償解耦器。設(shè)計(jì)了一

15、個(gè)模糊邏輯補(bǔ)償解耦器。 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 模糊 + + + - - - - + + + 模糊 + - 模糊邏輯 解耦補(bǔ)償 + 電機(jī)與機(jī)械部分硬件 * f * * f 12 GG 125 GG G 234 G G G 42345 GG G G G 1 2 J J PI PI 1 u 2 u 模糊張力控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制原理圖 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 （2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制策略 A、基于S

16、7-300多電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 依據(jù)同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制要求，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線 性映射、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等能力，提出了一種新的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的兩電機(jī)同步系統(tǒng)控制方案，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器由基于RBF網(wǎng) 絡(luò)整定的自適應(yīng)PID控制器和神經(jīng)元解耦補(bǔ)償器兩部分組成。兩 個(gè)自適應(yīng)PID控制器分別對(duì)速度控制回路和張力控制回路進(jìn)行自 適應(yīng)控制，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力、更好的實(shí)時(shí)性和魯棒性 ；神經(jīng)元解耦補(bǔ)償器綜合兩控制回路的耦合作用，通過訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò) 權(quán)值，補(bǔ)償各回路之間的耦合影響，實(shí)現(xiàn)速度和張力的解耦。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦

17、策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)圖 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 B、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)階逆系統(tǒng)的多電機(jī)解耦控制 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 首先，使用逆系統(tǒng)方法對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了可逆性分析， 在理論分析的基礎(chǔ)上，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了原系統(tǒng)的 階逆系統(tǒng)，給出了構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)階逆系統(tǒng)的具體 方法、步驟、設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)，采用改進(jìn)的BP 算 法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練并使之收斂，從而獲得了兩臺(tái)交流 電機(jī)和變頻器組成的同步調(diào)速系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)階逆 系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了偽線性復(fù)合系

18、統(tǒng)的綜合控制 器，并將所設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和綜合控制器編制為全數(shù) 控制的控制算法。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 C、兩電機(jī)變頻系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 第一步，對(duì)變頻器工作在矢量控制方式下的兩電機(jī)變 頻系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行廣義逆存在性分析，進(jìn)而導(dǎo)出系 統(tǒng)的廣義逆數(shù)學(xué)表達(dá)式。然后用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近系統(tǒng) 的廣義逆，進(jìn)一步構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆系統(tǒng)串聯(lián)在兩

19、電機(jī)系統(tǒng)之前，組成基于廣義逆的偽線性復(fù)合系統(tǒng)。 第二步，基于MATLAB7.0，應(yīng)用S-FUNCITON 構(gòu)建兩電 機(jī)系統(tǒng)的模型，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制方法進(jìn)行了仿 真研究。第三步，基于S7-300PLC 控制器組成的試驗(yàn) 平臺(tái)，分別研究了偽線性復(fù)合系統(tǒng)的開環(huán)特性和閉環(huán) 特性。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆閉環(huán)控制系統(tǒng)圖 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 （3）支持向量機(jī)逆控制支持向量機(jī)逆控制 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策

20、略 支持向量機(jī)逆控制在兩電機(jī)變頻系統(tǒng)中的應(yīng)用 針對(duì)兩電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中非線性逆模型辨識(shí)困 難的問題，提出基于支持向量機(jī)的逆系統(tǒng)控制新方法 。在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，建立兩電機(jī)變頻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型，并進(jìn)行了可逆性分析。通過支持向量機(jī)回歸的方 法來辨識(shí)構(gòu)造原系統(tǒng)階逆系統(tǒng)，將辨識(shí)出的逆系統(tǒng)串 接在原系統(tǒng)之前構(gòu)成偽線性復(fù)合系統(tǒng)，再設(shè)計(jì)附加閉 環(huán)控制器進(jìn)行控制。 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 基于支持向量機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 （4）自抗擾

21、控制策略自抗擾控制策略 本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 應(yīng)用自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)了三個(gè)自抗擾控制器分別 控制主動(dòng)電機(jī)速度和相鄰兩電機(jī)之間的張力。應(yīng)用 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器ESO的雙通道補(bǔ)償作用，將三電機(jī) 系統(tǒng)中的主電機(jī)速度與張力、之間耦合統(tǒng)一視為外 加擾動(dòng)進(jìn)行處理從而使得系統(tǒng)被近似線性化和確定 性化同時(shí)采用模糊控制器在線對(duì)自抗擾控制器參數(shù) 進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)自抗擾控制器的參數(shù)自整定, 提高 自抗擾控制器的性能。 簡(jiǎn)化了模型結(jié)構(gòu)，減小計(jì)算 量，增強(qiáng)了控制算法的實(shí)用性。 基于模糊自抗擾控制器的三電機(jī)同步控制系統(tǒng) 無憂PPT整理發(fā)布 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究

22、本課題組多電機(jī)同步控制策略本課題組多電機(jī)同步控制策略 模糊自抗擾控制器三電機(jī)同步控制 無憂PPT整理發(fā)布 自抗擾控制器（ADRC）算法 基于ADRC控制系統(tǒng)的原理框圖如圖所示，其中點(diǎn)線框 內(nèi)的部分為對(duì)應(yīng)的自抗擾控制器。 ADRC的典型結(jié)構(gòu)包括:擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）、跟蹤 微分器（TD）、非線性狀態(tài)誤差反饋（NLSEF）和擾動(dòng)補(bǔ)償 四部分。 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 一階自抗擾控制器（ADRC） 跟蹤-微分器 TDTD 1020 112 22 ,fhfhan vv v r h vvhv vvhfh 1 112010 202 , , ezy zz

23、h zeb u zhfal e 二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器ESO 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 非線性誤差反饋控制律 NLSEF： 最優(yōu)綜合函數(shù) ： 最速控制綜合函數(shù) ： 111222 012 , , evz evz uk e ep 擾動(dòng)補(bǔ)償 ： 2 0 0 zt uu b 1 , , , , esign ee fal e e e 0 12 2 0 0 20 12 20 8 ( ), ( , , ) 2 , ( ), , drh dhd yxhx adr y ad xsign yyd fhfhan x x r h a y xyd h rsign aad fh

24、an a rad d 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 一階自抗擾控制器（ADRC）的優(yōu)化 1 112010 202 , , ezy zzh zeb u zhfal e 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器ESO， 001 00 2 0 0 p evz uk e z uu b 誤差反饋， 最終控制量， 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 一階自適應(yīng)模糊自抗擾控制器 0 v0v 三、多電機(jī)同步解耦策略研究三、多電機(jī)同步解耦策略研究 無憂PPT整理發(fā)布 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) w硬件系統(tǒng) 無憂PPT整理發(fā)布 變頻器 工控機(jī) PL

25、C和觸摸屏 系統(tǒng)總覽 無憂PPT整理發(fā)布 STEP7程序設(shè)計(jì) 硬件組態(tài) 在CPU的Object Properties（屬性）對(duì)話框中，將Cyclic Interrupt（循環(huán)中斷）選項(xiàng)卡內(nèi)OB35組織塊的循環(huán)中斷時(shí) 間設(shè)置為100ms，即確定了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的采樣周期，其他參 數(shù)采用默認(rèn)值。 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 無憂PPT整理發(fā)布 STEP7中的程序設(shè)計(jì) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 無憂PPT整理發(fā)布 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 無憂PPT整理發(fā)布 硬 件 組 態(tài) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) v上位機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)主畫面 四、控制系統(tǒng)的實(shí)

26、現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 狀態(tài)畫面：棒圖對(duì)象實(shí)現(xiàn)顯示，輸入/輸出域?qū)崿F(xiàn)對(duì)速度和張力的給 定，實(shí)際值的顯示。 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 趨勢(shì)畫面 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 表格畫面：顯示了已歸檔的過程變量的歷史值和當(dāng)前值 。 報(bào)警畫面：用于顯示在WinCC報(bào)警記錄編輯器中組態(tài)過的報(bào)警項(xiàng)目。 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) l觸摸屏主畫面 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) v過程畫面 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) v狀態(tài)畫面 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) v報(bào)警畫面 按三電機(jī)同

27、步系統(tǒng)模糊自抗擾控制方案思想，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上 完成實(shí)驗(yàn)。并將模糊自抗擾控制器的控制效果與傳統(tǒng)PID控 制器的控制效果進(jìn)行比較，來證明模糊自抗擾控制技術(shù)的優(yōu) 越性。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路： 解耦實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)各種速度突變和張力突變實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證 系統(tǒng)的控制效果。 負(fù)載實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)速度給定在250 r/min、350 r/min時(shí) 的負(fù)載實(shí)驗(yàn)；某時(shí)刻的負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)帶載能 力、抗擾動(dòng)能力。 跟蹤實(shí)驗(yàn)：通過速度跟蹤方波、三角波的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn) 系統(tǒng)跟蹤能力。 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) v解耦實(shí)驗(yàn) 020406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0

28、5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 020406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 張力(kg) 速度(r/min) 時(shí)間(s) 張力F23 張力F12 速度wr1 020406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 速度(r/min) 速度wr1 張力F12 張力F23 時(shí)間(s) 張力(kg)

29、020406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 張力(kg) 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 406080100120140 0 50 100 150 200 250 300

30、350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力F23 張力F12 速度wr1 時(shí)間(s) 張力(kg) v負(fù)載實(shí)驗(yàn) 406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 406080100120140 0 50 100 150 200 250 300 350 400 406080100120140 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(

31、r/min) 張力(kg) 速度wr1 時(shí)間(s) 張力(kg) 張力F23 張力F12 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 020406080100 120 140 160 180 200 220 0 100 200 300 400 500 600 速度(r/min) 時(shí)間(s) 實(shí)際值 給定值 v速度跟蹤 020406080100120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 速度(r/min) 時(shí)間(s) 實(shí)際值 給定值 020406080100120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 速度(r/min) 時(shí)間(s) 實(shí)際值 給

32、定值 020406080100 120 140 160 180 200 0 100 200 300 400 500 600 (b)模糊自抗擾控制 速度(r/min) 時(shí)間(s) 實(shí)際值 給定值 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 05101520 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 速度給定250r/min，張力F12給定15kg，張力F23給定10kg恒 定不變時(shí)，將系統(tǒng)020s響應(yīng)曲線放大可得，PID控制系統(tǒng)速度超 調(diào)量為12.

33、35%,調(diào)節(jié)時(shí)間為14.6s；而ADRC控制時(shí)系統(tǒng)速度的超 調(diào)量為3.27%,調(diào)節(jié)時(shí)間為1.1 s。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 05101520 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 張力(kg) 速度(r/min) 時(shí)間(s) 張力F23 張力F12 速度wr1 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 7075808590 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 時(shí)間(s) 速度(r/min) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 速度給定由

34、250r/min350r/min的突加變化時(shí)，PID控制系統(tǒng)對(duì) 張力的影響較大，張力F12、F23的恢復(fù)時(shí)間分別為7.4s和7.9s； 而ADRC控制時(shí)系統(tǒng)張力F12、F23的恢復(fù)時(shí)間分別為0.8s和1.0s。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 7075808590 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 張力(kg) 速度(r/min) 時(shí)間(s) 張力F23 張力F12 速度wr1 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 速度給定由350r/min 250r/min的突加變化時(shí)，PID控制時(shí)系統(tǒng) 張力F12、F23的恢復(fù)時(shí)間分別為6.4s和10.1s；而ADRC控制時(shí)系 統(tǒng)張力F12、F23的恢復(fù)時(shí)間分別為0.6s和0.7s。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 76788082848688909294 150 200 250 300 350 速度(r/min) 時(shí)間(s) 張力(kg) 張力F23 張力F12 速度wr1 6 8 10 12 14 16 18 20 7580859095 150 200 250 300 350 速度(r/min) 時(shí)間(s) 張力F23 張力F12 速度wr1 張力(kg) 6 8 10 12 14 16 18 20 四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 解耦實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明