雙振動(dòng)電機(jī)同步最優(yōu)控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    最優(yōu)跟蹤器的設(shè)計(jì)
    通常的雙振動(dòng)電機(jī)的主從跟蹤式同步控制策略, 如圖2所示。

圖2 主從跟蹤式控制策略

    從圖中可以看出, 雙振動(dòng)電機(jī)的同步控制問(wèn)題并不是給定值為零的調(diào)節(jié)器問(wèn)題, 而是非零給定值的最優(yōu)跟蹤問(wèn)題。
    對(duì)于這一問(wèn)題的求解方法, 其控制原理圖, 如圖3所示。

    圖3中, X0 為系統(tǒng)給定值, 包含2個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位差。Q和R 分別為二次型指標(biāo)中的誤差加權(quán)矩陣和控制加權(quán)矩陣; P 滿足下列黎卡提矩陣代數(shù)方程:

PA + ATP - PBR- 1BTP + CTQC = 0

    在開(kāi)始控制實(shí)驗(yàn)之前, 利用諧波掃描法辨識(shí)出雙振動(dòng)電機(jī)的模型參數(shù)為, 電機(jī)1 折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1 = 01002 28 V / ( deg# s- 2 ), 等效粘性阻尼系數(shù)為B 1 = 01156 39 V / ( deg# s- 1 ) ; 電機(jī)2 的折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J 2 =01001 683 V / ( deg# s- 2 ), 等效粘性阻尼系數(shù)為B2 = 01159 06 V / ( deg# s- 1 ).振動(dòng)電機(jī)的角位移由增量式編碼器測(cè)量.角速度通過(guò)對(duì)角位移的微分得到(施加適當(dāng)?shù)牡屯V波)。

    實(shí)驗(yàn)在M atlab /Simulink /xPC Target的實(shí)時(shí)環(huán)境下進(jìn)行.Nat iona l Instruments的N I-PC I6601卡用于編碼器與電腦的連接.主從跟蹤式PID 控制, 及最優(yōu)跟蹤控制結(jié)果, 分別如圖4, 圖5所示。

    從上面2幅實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可以看出, PID 控制下 的同步調(diào)整(包括轉(zhuǎn)速和相位差的調(diào)整)時(shí)間較長(zhǎng), 約為013 s, 而最優(yōu)控制下的調(diào)整時(shí)間約為0103 s。

    實(shí)驗(yàn)證明, 最優(yōu)控制的效果要比PID控制好得多。 另一個(gè)值得指出的問(wèn)題是, 實(shí)驗(yàn)中測(cè)量角位移 時(shí)所采用的是增量式編碼器, 連接到6601 編碼器 輸入卡時(shí)計(jì)數(shù)器在足夠長(zhǎng)的時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生溢出, 從 而使控制崩潰。因此, 從工業(yè)應(yīng)用的角度出發(fā), 在 振動(dòng)電機(jī)同步控制系統(tǒng)中不應(yīng)使用上述測(cè)量方式, 而應(yīng)當(dāng)使用0~ 360 deg輸出的角度傳感器, 并且對(duì) 相位差z進(jìn)行如下的變換, 以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定:

    通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)表明, 本文針對(duì)雙振動(dòng)電機(jī)的 同步控制所提出的最優(yōu)跟蹤算法是有效的, 而且控 制效果比一般的主從跟蹤式算法要好。最優(yōu)控制雖 然需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些辨識(shí)工作, 但避免了PID 控 制的結(jié)構(gòu)缺陷和參數(shù)調(diào)整過(guò)程。另外, 在一般的電 機(jī)同步控制中, 可能會(huì)有多臺(tái)電機(jī)需要同步, 此時(shí) 本文提出的狀態(tài)空間的方法將更具優(yōu)越性。
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