第九章 智能控制應(yīng)用實例

1、第九章第九章 智能控制的應(yīng)用實例智能控制的應(yīng)用實例 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.29.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 交流伺服系統(tǒng)由交流電動機組成，交流電動機的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)由交流電動機組成，交流電動機的數(shù)字模型不是簡單的線性模型，而具有模型不是簡單的線性模型，而具有非線性、時變、耦合非線性、時變、耦合等等特點，用傳統(tǒng)的基于對象模型的控制方法難以進行有效的特點，用傳統(tǒng)的基于對象模型的控制方法難以進行有效的控制?？刂?。 模糊控制完全是根據(jù)操作人員操作經(jīng)驗實現(xiàn)對系統(tǒng)的控模糊控制

2、完全是根據(jù)操作人員操作經(jīng)驗實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，不依賴于對象的數(shù)學模型，具有較強的魯棒性，對被制，不依賴于對象的數(shù)學模型，具有較強的魯棒性，對被控對象參數(shù)的變化不敏感，可以很好地用于克服交流伺服控對象參數(shù)的變化不敏感，可以很好地用于克服交流伺服系統(tǒng)中非線性、時變、耦合等因素的影響。系統(tǒng)中非線性、時變、耦合等因素的影響。 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.39.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流

3、伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.49.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) ECUENBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNBNBNMZOZONMNBNBNBNBNMZOZONSNMNMNMNMZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNSNSZOPMPMPMPMPMZOZOPMPBPBPBPBPBZOZOPMPBPBPBPB表表9.1 模糊控制規(guī)則表模糊控制規(guī)則表Colleg

4、e of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.59.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) 用于仿真研究的電機參數(shù)為：Pn=2.2KW，Un=220V，In=5A，nn=1440r/min，r1=2.91，r2=3.04，ls=0.45694H，lr=0.45694H，lm=0.44427H，Ten=14Nm，np=2，J=0.002276 kgm2，n=0.96wb，數(shù)字采樣頻率仍為10KHZ。圖9.3給出了系統(tǒng)在空載情況下轉(zhuǎn)角的階躍響應(yīng)曲線。圖

5、中曲線1為模糊控制下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，曲線2為PI控制下的響應(yīng)曲線。圖9.4給出當系統(tǒng)處在轉(zhuǎn)角為1rad的穩(wěn)定狀態(tài)時，給電機突加7Nm負載，系統(tǒng)的擾動響應(yīng)曲線。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.69.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.1 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.79.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9

6、.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是一種快速的瞬時轉(zhuǎn)差控制法，它通過快速改變是一種快速的瞬時轉(zhuǎn)差控制法，它通過快速改變電機的磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差速度，來直接控制異步電動機的電機的磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差速度，來直接控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長率，獲得電機的快速響應(yīng)。它用空間矢量的分轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長率，獲得電機的快速響應(yīng)。它用空間矢量的分析方法直接在定子坐標系中計算電機的磁通和轉(zhuǎn)矩，由磁通和析方法直接在定子坐標系中計算電機的磁通和轉(zhuǎn)矩，由磁通和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的Band-Band控制產(chǎn)生控制產(chǎn)生PWM信號，對逆

7、變器的開關(guān)狀態(tài)信號，對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制。它省掉了復雜的矢量變換，沒有通常的進行最佳控制。它省掉了復雜的矢量變換，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，控制手段直接，控制結(jié)構(gòu)簡單。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)信號發(fā)生器，控制手段直接，控制結(jié)構(gòu)簡單。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，是一種高性能的交矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，是一種高性能的交流電機轉(zhuǎn)矩控制方案。流電機轉(zhuǎn)矩控制方案。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.89.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.2基于小波

8、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.99.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 利用組織算法構(gòu)造小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器利用組織算法構(gòu)造小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器 圖圖9.15 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)College of Electrical and Information Engi

9、neering, Hunan Univ.109.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.119.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 圖圖9.21 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器

10、的阻估計器的MSE曲線曲線圖圖9.22 定子電阻辨識結(jié)果定子電阻辨識結(jié)果College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.129.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.2基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計器的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制 圖圖9.23 電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線圖圖9.24 電機的磁鏈軌跡電機的磁鏈軌跡College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.139.1智能控制在

11、電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 無速度傳感器驅(qū)動有很多優(yōu)點：如降低系統(tǒng)成本，方便安裝無速度傳感器驅(qū)動有很多優(yōu)點：如降低系統(tǒng)成本，方便安裝與維護，增強系統(tǒng)可靠性，更加適應(yīng)于在惡劣環(huán)境下工作等。與維護，增強系統(tǒng)可靠性，更加適應(yīng)于在惡劣環(huán)境下工作等。然而傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)需要電機的精確數(shù)學模型，當由于然而傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)需要電機的精確數(shù)學模型，當由于磁飽和或電機繞組溫度變化引起電機內(nèi)部參數(shù)變化時，會影磁飽和或電機繞組溫度變化引起電機內(nèi)部參數(shù)變化時，會影響系統(tǒng)的控制效果，而把模糊控

12、制引入矢量控制系統(tǒng)就有助響系統(tǒng)的控制效果，而把模糊控制引入矢量控制系統(tǒng)就有助于解決這個問題。模糊控制不需要被控對象的精確數(shù)學模型，于解決這個問題。模糊控制不需要被控對象的精確數(shù)學模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，對調(diào)節(jié)對象參數(shù)不敏而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，對調(diào)節(jié)對象參數(shù)不敏感。感。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.149.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.

13、25 自適應(yīng)模糊控制器自適應(yīng)模糊控制器College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.159.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.26 自適應(yīng)磁通觀測器自適應(yīng)磁通觀測器 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.169.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機

14、矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 圖圖9.27 感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制圖感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制圖 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.179.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.189.1智能控制在電氣傳

15、動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.199.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.209.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)

16、用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.219.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.3無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.229.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控

17、制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制 圖圖9.32 模型參考自適應(yīng)磁場、速度辨識算法原理圖模型參考自適應(yīng)磁場、速度辨識算法原理圖College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.239.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制 圖圖9.33 改進后的模型參考自適應(yīng)磁場、速度辨識算法原理圖改進后的模型參考

18、自適應(yīng)磁場、速度辨識算法原理圖College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.249.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制 圖圖9.35 簡化的基于簡化的基于RFNN的異步電機矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的異步電機矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.259.1智能控制在電氣傳動中的應(yīng)用智能控制在電氣傳

19、動中的應(yīng)用 9.1.4基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制基于遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制 (a)PI調(diào)節(jié)輸出的轉(zhuǎn)矩電流波形 (b) RFNN控制輸出的轉(zhuǎn)矩電流波形圖圖9.37 外部負載擾動時系統(tǒng)控制器輸出波形比較（外部負載擾動時系統(tǒng)控制器輸出波形比較（t=0.5s時加負載）時加負載）College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.269.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 9.2.1復雜工業(yè)系統(tǒng)的分布式遞階智能控制復雜工業(yè)系統(tǒng)的分布式遞階智能控制 復雜工業(yè)系統(tǒng)與傳

20、統(tǒng)系統(tǒng)具有本質(zhì)的區(qū)別，具體表現(xiàn)為：復雜工業(yè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)具有本質(zhì)的區(qū)別，具體表現(xiàn)為：1）復雜的信息模型及其引起的分布式傳感器、數(shù)據(jù)量、）復雜的信息模型及其引起的分布式傳感器、數(shù)據(jù)量、計算量的增加；計算量的增加；2）信息處理方式復雜性增加和描述模型的多樣性；）信息處理方式復雜性增加和描述模型的多樣性；3）精確機理建模日益困難；）精確機理建模日益困難；4）大量不定因素，如環(huán)境動態(tài)變化，輸入信息中的噪聲、）大量不定因素，如環(huán)境動態(tài)變化，輸入信息中的噪聲、干擾與誤差、信息未知性、不完全性；干擾與誤差、信息未知性、不完全性；5）多層次、多任務(wù)的控制要求。這些都使傳統(tǒng)的控制理）多層次、多任務(wù)的控制要求。這

21、些都使傳統(tǒng)的控制理論與方法難以直接運用。論與方法難以直接運用。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.279.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.289.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 圖圖9.39 多傳感器信息融合處理專家系統(tǒng)多傳感器信息融合處理專家系統(tǒng) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.299.2 智能控制在過程控制中的應(yīng)用智能控制在過程控制中的應(yīng)用 在圖在圖9.39中，信息融合處理包括四個內(nèi)容：中，信息融合處理包括四個內(nèi)容： (1) 實時信息的獲取實時信息的獲?。河脵z測儀表、軟測量技術(shù)、模式識別等手：用檢測儀表、軟測量技術(shù)、模式識別等手段測量被控變量、觀測狀態(tài)變量、辨識過程環(huán)境，并對它們進行段測量被控變量、觀測狀態(tài)變