- 相關(guān)推薦
小研多變量系統(tǒng)的解耦與控制
1 引言
隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要控制的變量常常不止一對(duì)，這些變量常以這種或那種形式互相關(guān)聯(lián)著，對(duì)某一個(gè)參數(shù)的控制不可避免地要考慮另一些有關(guān)聯(lián)的參數(shù)或操縱變量的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)就不應(yīng)像單變量控制系統(tǒng)那樣逐一進(jìn)行，而須從整體上考慮。為了使系統(tǒng)能獨(dú)立進(jìn)行控制，應(yīng)對(duì)多變量系統(tǒng)進(jìn)行解耦研究。傳統(tǒng)的單變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求,工程中常常引入多變量的解耦設(shè)計(jì)。
2 多變量體統(tǒng)的分析
2.1 多變量系統(tǒng)的耦合性分析通常，耦合系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的類(lèi)型可分為單向關(guān)聯(lián)(半耦合)和雙向關(guān)聯(lián)(耦合)。以2I2O 系統(tǒng)為例，如果回路1 對(duì)回路2 有關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)回路1 的變化會(huì)影響到回路2 的運(yùn)行，而回路2 的變化不會(huì)影響回路1，那么這種關(guān)聯(lián)稱(chēng)為單向關(guān)聯(lián)；而如果回路2 的變化反過(guò)來(lái)也會(huì)影響回路1 的運(yùn)行，那么這種關(guān)聯(lián)稱(chēng)為雙向關(guān)聯(lián)。中國(guó)碩士論文網(wǎng)提供大量免費(fèi)金融碩士論文,如有業(yè)務(wù)需求請(qǐng)咨詢(xún)網(wǎng)站客服人員！
2.2 三相電壓型PWM 整流器耦合性分析為了提高功率因數(shù)，抑制諧波污染，結(jié)合PWM 技術(shù)的新型整流器—PWM 整流器倍受關(guān)注。這種整流器克服了傳統(tǒng)整流器輸入電流諧波含量高，功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，可獲得可控的升壓型AC/DC 變換性能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)和正弦波電流控制及電能的雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)PWM 整流器三相電壓和電流的解耦控制，是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。對(duì)于多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的控制對(duì)象，諸多文獻(xiàn)提出了多種不同的解耦控制策略，其中利用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換方法的矢量控制，是一種比較成功的解耦控制策略，但矢量變換后仍存在有功電流分量和無(wú)功電流分量之間交義耦合電勢(shì)的作用。
三相電壓型PWM 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下。
多變量解耦控制隨著被控系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，多變量系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越多，多個(gè)變量之間相互關(guān)聯(lián)，即耦合，傳統(tǒng)的單變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求，工程中常引入多變量的解耦設(shè)計(jì)。在工程實(shí)際中，往往由于算法太復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)較好的解耦， 因而，尋求簡(jiǎn)單易行的有效解耦方法是目前普通關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)，將各種解耦方法有效融合也是實(shí)現(xiàn)解耦的好途徑。本章將對(duì)多變量的各種解耦方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和比較。近而找出方便易行的解偶方法。
3.1 傳統(tǒng)解耦控制
3.1.1 前饋解耦
以PWM 整流器為例介紹前饋解耦方法，由圖2 可知d 軸和q 軸分量間存在交叉耦合,使得兩分量不能獨(dú)立調(diào)節(jié)。前饋補(bǔ)償即在輸入給定電壓中補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的耦合電動(dòng)勢(shì)，以消除輸入交流電流交叉耦合影響，前饋解耦控制原理。
3.1.2 對(duì)角矩陣解偶法
在PWM 整流器中，對(duì)角矩陣的主對(duì)角線(xiàn)元素為PWM 整流器的d 軸和q 軸上的傳遞函數(shù)。
3.1.3 反饋解耦法為了克服上述解耦方法的缺點(diǎn)，可將解耦電壓項(xiàng)中的給定電流*和換成實(shí)際電流和q來(lái)實(shí)現(xiàn)解耦，即反饋解耦。反饋解耦的去耦項(xiàng)為和。以PI1、PI2 i為核心組成電流分量的兩個(gè)控制閉環(huán)，這將有助于電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
3.3 智能解耦控制
3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦法
智能解耦方法以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)解耦方法為代表。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多輸入到多輸出的映射，以任意精度逼近任意函數(shù)，并具有自學(xué)習(xí)功能，因此適用于時(shí)變、非線(xiàn)性、特性未知的對(duì)象。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦在非線(xiàn)性系統(tǒng)中的應(yīng)用已有了一些研究成果，但更多的解耦策略帶有嘗試性，通常依靠大量仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常采用以下三種形式：
�。�1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補(bǔ)償器置于被控制對(duì)象與控制器之間；
�。�2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補(bǔ)償器置于控制器之前；
�。�3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補(bǔ)償器置于反饋回路。
以上解耦方法在理論上是成立的，但是在實(shí)際的控制系統(tǒng)中應(yīng)用難度很大，其主要問(wèn)題是解耦器的設(shè)計(jì)依賴(lài)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，要求被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型已知且為線(xiàn)性時(shí)不變。
多變量的控制系統(tǒng)，由于回路之間的耦合，數(shù)學(xué)模型就比較復(fù)雜，且參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算就比較復(fù)雜，這樣則導(dǎo)致解耦器和控制器無(wú)法設(shè)計(jì)。為了克服解耦效果依賴(lài)于被控對(duì)象準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的不足，可尋求一些對(duì)模型精度要求不高的智能解耦方法。內(nèi)�？刂�(IMC internal modelcontrol)不過(guò)分依賴(lài)于被控對(duì)象的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型精度要求低，工程上容易實(shí)現(xiàn)，是一種先進(jìn)控制技術(shù)。
4 多變量系統(tǒng)的內(nèi)模解耦控制
4.1 多變量?jī)?nèi)�？刂频幕窘Y(jié)構(gòu)
所謂內(nèi)模控制，其設(shè)計(jì)思路就是將對(duì)象模型與實(shí)際對(duì)象相并聯(lián)，控制器逼近模型的動(dòng)態(tài)逆，內(nèi)�？刂破魅槟Ｐ妥钚∠嗖糠值哪�，并通過(guò)附加低通濾波器以增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，其基本結(jié)構(gòu)圖。
4.2 三相電壓型PWM 整流器的內(nèi)模解耦控制 內(nèi)模解耦控制作用采用電流內(nèi)模解耦控制，可有效抑制干擾及模型失配對(duì)輸出的影響，并增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)給定信號(hào)的跟蹤能力。
可見(jiàn)，基于內(nèi)模控制的PWM 整流器，當(dāng)模型數(shù)和實(shí)際模型失配時(shí)，對(duì)階躍輸入和常值干擾不存在穩(wěn)態(tài)偏差。
5 對(duì)三相電壓型PWM 整流器解耦控制的仿真分析
在反饋解耦控制中，解耦式中用實(shí)際d軸電流d 和q軸電流來(lái)計(jì)算去耦電壓，當(dāng)且僅i q i當(dāng)PWM整流器參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)確時(shí)，耦合電壓才能消除，否則存在耦合，且耦合程度取決于PWM整流器參數(shù)估計(jì)誤差。而內(nèi)模解耦控制原理分析表明：PWM整流器的參數(shù)的變化對(duì)定子電流的解耦效果影響不大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)論，下面對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析比較。仿真所用的PWM整流器參數(shù)為：電阻R(s) = 0.435Ω，L = 71.3mH ,ωL = 7.423。
6 結(jié)論
本文首先介紹了多變量系統(tǒng)的各種特點(diǎn)以及其耦合特性并在其基礎(chǔ)上對(duì)PWM 整流器進(jìn)行了解耦分析。基于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子電流解耦控制思想，提出了三相電壓型PWM 整流器電流內(nèi)模解耦控制策略，給出了內(nèi)模解耦控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)把內(nèi)模解耦控制與反饋解耦控制的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，可以看出：在參數(shù)一致時(shí)，兩種控制方法都能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效解耦，但內(nèi)�？刂票确答伣怦羁刂茝�(fù)現(xiàn)效果更好。當(dāng)參數(shù)不一致時(shí)，反饋解耦控制失去了解耦的性能，但內(nèi)模控制仍然可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦。輸出信號(hào)復(fù)現(xiàn)輸入的性能與λ 取值有關(guān)，λ 在一定范圍內(nèi)越大，復(fù)現(xiàn)效果越好。了解組合樓板的縱向抗剪。
【小研多變量系統(tǒng)的解耦與控制】相關(guān)文章：
常規(guī)解耦控制器的設(shè)計(jì)(一)03-08
小研非現(xiàn)場(chǎng)審計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的ETL03-03
紡機(jī)中的微機(jī)遠(yuǎn)程多電機(jī)同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)03-18
多站遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)控制信號(hào)系統(tǒng)通信軟件的開(kāi)發(fā)03-18
物流系統(tǒng)的成本控制03-18
本錢(qián)系統(tǒng)控制03-28
造紙過(guò)程定量水分解耦控制研究畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告(一)03-07