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1、实用对交变电流伺服系统的单神经元PID滑模平行复合控制张莹，李鹏，吴文江摘要考虑到应用于交流电位置伺服系统的负载转矩和惯性矩的变化和强干扰，在此基础上，提出了单神经元PID和滑模平行复合控制策略。一个由位置环和单神经元PID控制器的一个滑模变结构控制器组成的并行结构被设计出来。滑模控制抑制参数扰动和负荷扰动，单神经元PID控制实现了传统PID控制器的比例、积分、微分参数的在线调整。仿真结果表明,所设计的平行复合控制器，能保证静态和动态系统的性能。关键词：单神经元PID控制；滑模变结构控制；交流电伺服系统；复合控制；并行结构1介绍永磁同步电机是机床传输的主要
2、执行机构。它的控制结构由电流环、速度环和位置环组成。在传统的机床伺服系统中，带有PI或PI控制的速度环和位置环，被用来确保高精度的位置控制，良好的跟踪性能和定位不会产生连续振荡。由于这种传统控制没有考虑到模型和参数不确定性的非线性，很难适应惯性时刻的变化和强烈的干扰。近年来，单神经元PID控制和滑模变结构控制被广泛应用于交流电伺服系统中。滑模变结构的优点能够适应系统参数变化，并且不容易受到外界的干扰。单神经元PID控制不仅有传统PID控制器的简单的结构，还能对PID参数进行在线调整，并且计算量少，所以得到了广泛应用。由于有关平方误差的算法整体术语权重，当误
3、差长时间很大时，参数变化过大，影响学习效果，并且有溢出现象。文档实用该文章将滑模变结构控制和单神经元PID控制的有点结合在一起，根据单神经元PID理论，为了提高系统的追踪性能，设计出位置环控制器。通过使用滑模控制，可以克服模型参数扰动和外部扰动的影响。通过仿真研究，与传统控制相比，所设计的并行复合控制策略，能够获得良好的追踪性能，并且系统更加稳固。2基于当前解耦控制的永磁同步电动机的线性数学模型假设:（1）忽略饱和度影响；（2）气隙磁场领域的均匀分布的电机，感应电动势正弦形；（3）扣除滞环和涡流损耗；（4）没有激励当前的动态响应；（5）转子无励磁绕组；（6
4、）当使用转子磁极的定向矢量控制时，位置定子电流场组件Id=0。根据以上假设，我们可以在转子坐标系统中，编写系统的线性数学模型，即dp坐标系统。（1）（2）（3）（4）在这里，,是dp坐标系统中的电枢电压组件；,是dp坐标系统中的电枢电流组件；L是dp坐标系统中的等效电枢电感(L=Ld=Lq)；R,是dp坐标系统中的电枢绕组电阻和电角速度；,是相应的永磁电机转子磁链和钢管双。3位置控制器设计3.1位置环滑模控制器设计文档实用由于速度环比位置环响应速度快,哪个是位置环的截止频率，要比速度环时间常数的互惠小很多。在控制率的推导中，速度环等价于一阶惯性。让e2=e
5、1，作为步进信号的位置，给出状态方程；(5)如下所示，让位置滑模线性切换函数。（6）这里，c3是积极常数。如下所示，让位置环滑模变结构控制器的输出。(7)通过达到条件的滑模，我们能得到位置环滑模变结构控制器的参数：(8)3.2单神经元PID控制器文档实用单神经元自适应PID控制器的结构图如图1所示。图1单神经元PID控制器的结构图误差信号被转换器转换之后，给出单神经元的输入信号x1(k),x2(k),x3(k)：(9)这里，e(k)是误差信号。文档实用通过能够自动适应环境中的，控制对象的状态变化的，监督赫布学习算法，控制过程中的单神经元控制器，不断调整这三
6、个加权系数。为了确保收敛性和鲁棒性,该算法需要被标准化。通过标准化，给出公式：(10)这里，K1是神经元的比例系数；是对应于的加权系数；是输出；,,是比例积分衍生品的学习率。从以上分析可知，综合控制的简化原理图，如图2所示。文档实用图2并行综合控制的结构图3仿真实验根据数学模型，滑模控制器和后退单神经PID控制器分别被设计出来。主要参数如下：电机和负载的惯性瞬间J=2.627×10-3kg·；摩擦力矩为4.86N·m；系统外部扰动扭矩为10N·m,电磁转矩系数Kt=1.11N·m/A；阻尼系数B=1.43×10-4N·m·s；定子电Ra=2.6Ω；绕组电感
7、Ld=Lq=50×10-3H；额定电流Ie=6.4A；允许最大电流Imax=12.8A；钢管双的数Pn=4；减速器减薄率1:231。滑模控制器的参数如下：c3=47,α1=11,β1=-14,α2=0.02,β2=-0.005。单神经元控制器的仿真参数如下：w1(k)=0.025,w2(k)=0.0001,w3(k)=0.0001,=0.35,=0.0021,=0.0001,K1=2;综合控制器的误差设置值是0.12。PID控制器位置环的参数是：kp1=10,kI1=0.01,kD1=0.3。4.1恒定负荷扰动为了添加一个步骤骚扰在10N•米，假设在第一秒
8、仿真，PID控制和滑模单神经元PID复合控制的位置响应曲线如图3和
