กลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัย

กลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัย

กลยุทธ์การควบคุมไดรฟ์เซอร์โวมอเตอร์ AC แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่จะใช้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดรูปแบบวัตถุควบคุมไม่เปลี่ยนแปลงและเป็นเชิงเส้นและเงื่อนไขการใช้งานและสภาพแวดล้อมการทำงานจะถูกกำหนดให้คงที่ อย่างไรก็ตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แบบไดนามิกของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบ AC เป็นระบบหลายตัวแปรที่ไม่เชิงเส้นคู่กันอย่างมากและแปรผันตามเวลา ในกรณีที่มีความต้องการประสิทธิภาพสูงต้องคำนึงถึงผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นต่าง ๆ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและพารามิเตอร์ของวัตถุและต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมการทำงานด้วย และปัจจัยแปรผันตามเวลาและความไม่แน่นอนเช่นการรบกวนสิ่งแวดล้อม การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ทฤษฎีการควบคุมสมัยใหม่ในระดับหนึ่งประกอบกับข้อบกพร่องของทฤษฎีการควบคุมแบบคลาสสิกกับระบบสโทแคสติกแบบไม่เชิงเส้นที่แปรผันตามเวลา

(1) การควบคุมแรงบิดโดยตรง

ทฤษฎีการควบคุมแรงบิดโดยตรงเป็นกลยุทธ์การควบคุมมอเตอร์ AC ประสิทธิภาพสูงที่เสนอโดยศาสตราจารย์ M. depenbrock ของมหาวิทยาลัยเยอรมันรูห์รและนักวิชาการชาวญี่ปุ่น i.takahash ในทศวรรษที่ 1980 กลยุทธ์การควบคุมยังขึ้นอยู่กับคณิตศาสตร์ที่แม่นยำของวัตถุควบคุม แบบจำลอง แต่ไม่เหมือนกับการควบคุมแบบเวกเตอร์วิเคราะห์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ AC โดยตรงในระบบพิกัดสเตเตอร์โดยไม่มีการแปลงพิกัดที่ซับซ้อน การวางแนวสนามสเตเตอร์นั้นไม่จำเป็นต้องใช้กระแสดีคัปปลิ้งค์และการเชื่อมโยงแรงบิดและฟลักซ์จะถูกควบคุมโดยตรงโดยการควบคุมสองตำแหน่ง, ซึ่งหลีกเลี่ยงการย่อยสลายกระแสสเตเตอร์เป็นส่วนประกอบแรงบิดและกระตุ้น อินเวอร์เตอร์ การควบคุมที่ดีโดยมุ่งเน้นที่การตอบสนองอย่างรวดเร็วของแรงบิดเพื่อให้ได้สมรรถนะของแรงบิดสูงแบบไดนามิก การวางแนวสนามควบคุมแรงบิดโดยตรงใช้การเชื่อมโยงฟลักซ์สเตเตอร์ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ของโรเตอร์ ตราบใดที่ทราบค่าความต้านทานสเตเตอร์สามารถสังเกตได้และไม่ไวต่อพารามิเตอร์ของมอเตอร์

เทคโนโลยีการควบคุมแรงบิดโดยตรงได้ถูกนำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จในด้านการควบคุมอินเวอร์เตอร์มอเตอร์เหนี่ยวนำและ abb ได้เปิดตัวชุดผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตามในการประยุกต์ใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังคงมีปัญหาบางอย่างในการควบคุมแรงบิดโดยตรง การควบคุมแรงบิดโดยตรงนั้นใช้ฮิสเทรีซีสของโซ่แม่เหล็กและแรงบิดของมอเตอร์ก็เป็นจังหวะซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความลื่นไหลของมอเตอร์ การควบคุมแรงบิดโดยตรงจำเป็นต้องสังเกตการเชื่อมโยงฟลักซ์และแรงบิด ความแม่นยำไม่ดีที่ความเร็วต่ำส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ต่ำและช่วงความเร็วมอเตอร์ขนาดเล็ก เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำสเตเตอร์ขนาดเล็กของมอเตอร์ผลกระทบในปัจจุบันมีขนาดใหญ่เมื่อมอเตอร์สตาร์ทและการเปลี่ยนแปลงโหลดและการเชื่อมฟลักซ์และระลอกแรงบิดมีขนาดใหญ่ นอกจากนี้เนื่องจากตำแหน่งเริ่มต้นของฟลักซ์เชื่อมโยงไม่สามารถประมาณได้เมื่อมอเตอร์อยู่กับที่ดังนั้นมอเตอร์จึงเริ่มยาก แม้ว่านักวิชาการบางคนที่บ้านและต่างประเทศพยายามและปรับปรุงกลยุทธ์การควบคุมแรงบิดโดยตรงของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในปีที่ผ่านมารูปแบบการควบคุมนี้เป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการของเทคโนโลยีไดรฟ์ AC servo

(2) การควบคุมโครงสร้างตัวแปรโหมดเลื่อน

การควบคุมโครงสร้างตัวแปรอยู่ในหมวดหมู่ของการควบคุมแบบไม่เชิงเส้นและความไม่เชิงเส้นของมันจะปรากฏขึ้นเมื่อความไม่ต่อเนื่องของการควบคุมนั่นคือลักษณะการสลับที่เปลี่ยน "โครงสร้าง" ของระบบ การควบคุมโครงสร้างตัวแปรโหมดเลื่อนไม่จำเป็นต้องรู้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบ เพียงแค่ต้องเข้าใจช่วงของพารามิเตอร์ระบบโดยประมาณและการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้การควบคุมโครงสร้างตัวแปรมีข้อดีของการตอบสนองที่รวดเร็วความไม่ตอบสนองต่อพารามิเตอร์และการเปลี่ยนแปลงของการรบกวนและไม่จำเป็นต้องระบุและออกแบบออนไลน์ ด้วยฟังก์ชั่นการลดลำดับและ decoupling เมื่อระบบเข้าสู่โหมดเลื่อนการถ่ายโอนสถานะของระบบจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ดั้งเดิมและการรบกวนภายนอกของระบบอีกต่อไป แต่ถูกบังคับให้เลื่อนใกล้กับระนาบสวิตช์ ด้วยความสามารถในการปรับตัวและความสมบูรณ์ของตัวเองอย่างสมบูรณ์ดังนั้นการควบคุมโหมดสไลด์จึงถูกนำไปใช้ในระบบเซอร์โวมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตามเนื่องจากการควบคุมแบบปังทำให้เกิดปัญหาการพูดคุยอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้และปัญหาการพูดคุยเป็นปัญหาสำคัญในการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางของการควบคุมโครงสร้างตัวแปรโหมดเลื่อน ในปัจจุบันในระบบเซอร์โวมอเตอร์ AC โดยการเปลี่ยนโครงสร้างโหมดเลื่อนเช่นการใช้โครงสร้างโหมดเลื่อนสูงและการประมวลผลการกรองปัญหาการพูดเจื้อยแจ้วที่เกิดจากการควบคุมโครงสร้างตัวแปรโหมดเลื่อนจะแก้ไขในระดับหนึ่ง

(3) การควบคุมแบบปรับตัว

การควบคุมแบบปรับได้ถูกเสนอโดย Golcl-well ในต้นปี 1950 มันรวมการควบคุมการป้อนกลับเข้ากับทฤษฎีการระบุตัวตนและเสนออิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของวัตถุที่ถูกควบคุมการดริฟท์และการรบกวนสิ่งแวดล้อมในระบบหรือเมื่อมีพารามิเตอร์ควบคุมกระบวนการไม่มากหรือพารามิเตอร์เหล่านี้อยู่ในการทำงานปกติ การเปลี่ยนแปลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีตัวแปรช้าถูกปรับให้เหมาะสมโดยค้นหาตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพบางอย่างเพื่อทำการปรับเปลี่ยนวัตถุควบคุมให้เสร็จสมบูรณ์

วิธีการปรับตัวที่นำไปใช้กับการควบคุมในปัจจุบันคือการปรับตัวอ้างอิงแบบจำลอง, การควบคุมการแก้ไขตัวเองของพารามิเตอร์และการควบคุมการปรับตัวแบบไม่เชิงเส้นที่พัฒนาขึ้นใหม่ ระบบควบคุมการปรับตัวอ้างอิงแบบจำลองไม่จำเป็นต้องใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำของวัตถุควบคุมและไม่จำเป็นต้องมีการระบุพารามิเตอร์ ปัญหาสำคัญคือการออกแบบกฎหมายการปรับพารามิเตอร์การปรับตัวเพื่อให้มั่นใจเสถียรภาพของระบบในขณะที่สัญญาณผิดพลาดมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ ข้อได้เปรียบหลักคือมันใช้งานง่ายและรวดเร็ว อย่างไรก็ตามมีปัญหาบางอย่างในอัลกอริทึมแบบปรับตัวได้เช่นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และการดำเนินการที่ยุ่งยากซึ่งทำให้ระบบควบคุมมีความซับซ้อน ตัวอย่างเช่นการระบุพารามิเตอร์และการแก้ไขต้องใช้ระยะเวลา สำหรับระบบที่เปลี่ยนพารามิเตอร์เร็วขึ้นประสิทธิภาพการควบคุมจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากความเร็วในการคำนวณระบบ ฮาร์ดแวร์ระบบแอปพลิเคชันจะต้องมีความต้องการสูงในไดรฟ์ AC servo ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้งานโดยตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) 32 บิตหรืออาร์เรย์เกทเกท (fpga)

(4) การควบคุมเชิงเส้นข้อเสนอแนะที่ไม่เชิงเส้น

การป้อนคำติชมเป็นเชิงเส้นเป็นวิธีการออกแบบควบคุมแบบไม่เชิงเส้น แนวคิดหลักคือการแปลงพีชคณิตระบบไม่เชิงเส้นให้เป็นระบบเชิงเส้น (ทั้งหมดหรือบางส่วน) เพื่อให้สามารถใช้ทักษะของระบบเชิงเส้นได้ ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างมันกับการทำให้เป็นเส้นตรงทั่วไปคือการให้ผลป้อนกลับเชิงเส้นตรงนั้นไม่ได้มาจากการประมาณเชิงเส้นของระบบ แต่โดยการเปลี่ยนสถานะและการป้อนกลับ ในปีที่ผ่านมาผลการวิจัยเชิงทฤษฎีของระบบควบคุมไม่เชิงเส้นแสดงให้เห็นว่าข้อเสนอแนะของรัฐที่ไม่ใช่เชิงเส้นและการแปลงพิกัดที่เหมาะสมสามารถนำมาใช้เพื่อให้ระบบเชิงเส้นเลียนแบบไม่เชิงเส้นตรงภายใต้เงื่อนไขบางประการ เสถียรภาพและคุณภาพแบบไดนามิกที่ดี ขึ้นอยู่กับวิธีการควบคุมการป้อนกลับเชิงเส้นที่แม่นยำของแบบจำลองการควบคุมเชิงเส้นของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร หลังจากการควบคุมการป้อนกลับแบบเชิงเส้นสามารถควบคุมการแยกส่วนของแกน d และ q ได้ประสิทธิภาพการติดตามปัจจุบันดีและตอบสนองแรงบิดอย่างรวดเร็ว การตอบสนองขั้นตอนความเร็วสามารถค่อย ๆ มาบรรจบกับค่าที่กำหนดโดยไม่มีความแตกต่างแบบคงที่, การโหยหาขนาดเล็กและกระบวนการเปลี่ยนสั้น

(5) กลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะ

กลยุทธ์การควบคุมแบบคลาสสิกหรือแบบสมัยใหม่นั้นขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์และไม่ได้กล่าวถึงปัญหาการควบคุมของระบบที่ซับซ้อนและไม่แน่นอน กลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะมีลักษณะไม่เป็นเชิงเส้นและสามารถแก้ปัญหาระบบที่มีวัตถุการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นสภาพแวดล้อมและงานต่างๆ การควบคุมอัจฉริยะกำจัดการพึ่งพาโมเดลวัตถุที่ควบคุมและควบคุมได้เฉพาะตามผลที่เกิดขึ้นจริง ในการควบคุมความไม่แน่นอนของระบบและความไม่ถูกต้องสามารถแก้ไขได้

กลยุทธ์การควบคุมแบบอัจฉริยะรวมถึงการควบคุมแบบฟัซซีการควบคุมเครือข่ายประสาทการควบคุมระบบผู้เชี่ยวชาญและการควบคุมที่แข็งแกร่งและการควบคุมอัลกอริทึมทางพันธุกรรม การควบคุมฟัซซีและกลยุทธ์การควบคุมโครงข่ายประสาทเทียมนั้นได้พัฒนาขึ้นในการประยุกต์ใช้ระบบเซอร์โวมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

(6) การควบคุมฟัซซี่

การควบคุมแบบฟัซซีคือการควบคุมเชิงตัวเลขของคอมพิวเตอร์โดยอาศัยการรวมกันของฟัซซีตัวแปรทางภาษาฟัซซี่และการใช้เหตุผลเชิงตรรกศาสตร์ฟัซซี่ การควบคุมฟัซซีรวมคณิตศาสตร์และฟัซซี่และใช้ชุดฟัซซีตัวแปรภาษาฟัซซี่และการให้เหตุผลเชิงฟัซซี่เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีของมันคือการใช้ชุดฟัซซี่เพื่ออธิบายความคลุมเครือในแนวคิดที่คนใช้ทุกวัน ใช้การจำลองด้วยเครื่องจักรเพื่อควบคุมระบบสามารถเลียนแบบประสบการณ์การควบคุมและการควบคุมฟัซซีวิธีของผู้ปฏิบัติงานและผู้เชี่ยวชาญ

การให้เหตุผลแบบคลุมเครือไม่ได้ขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ถูกต้อง ตามข้อมูลอินพุตและเอาต์พุตของระบบจริงระบบสามารถควบคุมได้แบบเรียลไทม์โดยอ้างอิงประสบการณ์การใช้งานของผู้ปฏิบัติงานภาคสนาม ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการแก้ปัญหาการควบคุมของระบบไม่เชิงเส้น มีความเหนียวและการปรับตัวที่ดีเหมาะสำหรับระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงเวลาและล่าช้า อย่างไรก็ตามความสามารถในการเรียนรู้ด้วยตนเองของการควบคุมฟัซซีไม่แข็งแรงและกฎการควบคุมการออกแบบขึ้นอยู่กับประสบการณ์และความรู้จากผู้เชี่ยวชาญซึ่งอาจทำให้ระบบไม่ถูกต้อง เพียงใช้กลยุทธ์การควบคุมแบบคลุมเครือต้องใช้กฎการควบคุมที่มากขึ้นต้องการประสบการณ์จำนวนมากของพนักงานและความแม่นยำในการควบคุมค่อนข้างต่ำ เทคโนโลยีการควบคุมฟัซซีได้ถูกนำมาใช้อย่างดีในการออกแบบของตัวควบคุมกระแส AC ระบบเซอร์โวมอเตอร์และตัวควบคุมความเร็ว อย่างไรก็ตามในระบบเซอร์โวที่มีข้อกำหนดแบบไดนามิกสูงเทคโนโลยียังคงต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม

(7) การควบคุมโครงข่ายประสาทเทียม

การวิจัยของโครงข่ายประสาทเทียมเริ่มต้นขึ้นในต้นปี 1940 ในปี 1980 ทฤษฎีเครือข่ายประสาทเทียมได้พัฒนาและกลายเป็นสาขาสำคัญของการควบคุมอัจฉริยะ

โครงข่ายประสาทเทียมหมายถึงระบบประมวลผลข้อมูลที่จำลองโครงสร้างและหน้าที่ของเส้นประสาทสมองมนุษย์โดยเทคนิคทางวิศวกรรม การควบคุมเครือข่ายประสาทเทียมฝังฟังก์ชั่นการคำนวณในเครือข่ายทางกายภาพ ในกระบวนการคำนวณแต่ละการดำเนินงานขั้นพื้นฐานมีการเชื่อมต่อที่สอดคล้องกับมัน แบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียมจำลองกระบวนการกิจกรรมของเซลล์ประสาทสมองมนุษย์รวมถึงการประมวลผลการประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูล แต่ละเซลล์ประสาทเก็บส่วนหนึ่งของเนื้อหาของข้อมูลที่หลากหลายและความเสียหายของเซลล์ประสาทบางส่วนและการทำลายข้อมูลนำไปสู่การอ่อนตัวของเครือข่ายบางส่วนเท่านั้น เครือข่ายนิวรัลมีข้อดีของการจัดเก็บการกระจายข้อมูลการประมวลผลแบบขนานการประมาณแบบไม่เชิงเส้นการเรียนรู้ด้วยตนเองและความสามารถขององค์กร สามารถประมาณระบบที่ไม่เชิงเส้นที่ซับซ้อนโดยพลการอย่างเต็มที่และสามารถเรียนรู้และปรับให้เข้ากับลักษณะแบบไดนามิกของระบบที่ไม่แน่นอนอย่างรุนแรง ความทนทานด้วยความสามารถในการจำลองการคิดภาพของมนุษย์เหมาะสำหรับการจัดการกับระบบที่ยากที่จะอธิบายกับแบบจำลองหรือกฎ ในปีที่ผ่านมาผู้คนเริ่มพยายามใช้เทคโนโลยีการควบคุมเครือข่ายประสาท (หรือปัญญาประดิษฐ์ AI) กับระบบควบคุมมอเตอร์ขับเคลื่อน AC เพื่อแก้ปัญหาที่ยากต่อการแก้ไขด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม การใช้ระบบการปรับ ai นั้นมีคุณสมบัติในการลดเสียงรบกวนที่ดีมีความทนทานต่อข้อผิดพลาดและความสามารถในการปรับขยายได้และมีความทนทานต่อพารามิเตอร์ มันเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของเทคโนโลยีการควบคุมมอเตอร์ในอนาคต

แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการควบคุม AC servo ประสิทธิภาพสูง

ระบบเซอร์โวที่ใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นทิศทางการพัฒนาของการควบคุมเซอร์โว แม้ว่าจะมีวิธีการมากมายสำหรับการใช้การควบคุมเซอร์โว AC แต่ก็ยังมีปัญหาเช่นความแม่นยำของระบบต่ำความน่าเชื่อถือต่ำและประสิทธิภาพความเร็วต่ำ

ไม่ว่าจะเป็นกลยุทธ์การควบคุมแบบดั้งเดิมกลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัยหรือกลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะแต่ละกลยุทธ์การควบคุมมีข้อดีของมัน แต่ในเวลาเดียวกันมีปัญหาบางอย่าง เป็นการยากที่จะได้รับผลการควบคุมในอุดมคติจากกลยุทธ์การควบคุมเดียว มันเป็นทิศทางการพัฒนาของเทคโนโลยีการควบคุมเซอร์โว AC ประสิทธิภาพสูงในอนาคตเพื่อสำรวจวิธีการแทรกซึมและรวมกลยุทธ์การควบคุมต่างๆเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมของระบบเซอร์โว ในปัจจุบันกลยุทธ์การควบคุมคอมโพสิตส่วนใหญ่มีสองรูปแบบ: หนึ่งคือการใช้กลยุทธ์การควบคุมใหม่ตามกลยุทธ์การควบคุม pid คลาสสิกเช่นการควบคุม pid เลือนการควบคุม pid เครือข่ายประสาทเทียมการควบคุม pid ผู้เชี่ยวชาญ ฯลฯ สองนำมาใช้อย่างน้อยสองชนิดใหม่ของกลยุทธ์การควบคุมเช่นการควบคุมเครือข่ายฟัซซี่นิวรัลการควบคุมฟัซซี่แบบปรับตัวฟัซซี่ควบคุมแรงบิดโดยตรงการควบคุมฟัซซี่แบบปรับตัวฟัซซี่แบบปรับตัว ประสิทธิภาพของระบบควบคุมความเร็ว AC และในเวลาเดียวกันก็มีความทนทานที่แข็งแกร่ง กลยุทธ์การควบคุมแบบรวมได้กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยในปัจจุบันและแนวโน้มที่สำคัญในการพัฒนาในอนาคต

ข้อสรุป

ยกตัวอย่างระบบมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นหลักการพื้นฐานข้อดีและข้อเสียของกลยุทธ์การควบคุมแบบดั้งเดิมกลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัยและกลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะในระบบเซอร์โวมอเตอร์ AC ถูกอธิบายแยกต่างหากและเทคโนโลยีการควบคุมระบบเซอร์โวมอเตอร์ AC ประสิทธิภาพสูง คาดการณ์ไว้ แนวโน้มการพัฒนาชี้ให้เห็นว่าไม่ว่าจะเป็นกลยุทธ์การควบคุมแบบดั้งเดิมกลยุทธ์การควบคุมที่ทันสมัยหรือกลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะแต่ละกลยุทธ์การควบคุมมีข้อดีของมัน แต่ในเวลาเดียวกันมีปัญหาบางอย่าง เป็นการยากที่จะได้รับผลการควบคุมในอุดมคติจากกลยุทธ์การควบคุมเดียว มันเป็นทิศทางการพัฒนาของเทคโนโลยีการควบคุมเซอร์โว AC ประสิทธิภาพสูงในอนาคตเพื่อสำรวจวิธีการแทรกซึมและรวมกลยุทธ์การควบคุมต่างๆเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมของระบบเซอร์โว