基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多電機(jī)同步控制

1 引言
在造紙、印染、紡織等高精度、高轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)中，隨著工業(yè)自動化程度的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，采用單電機(jī)驅(qū)動往往難以滿足生產(chǎn)的要求。而多電機(jī)同步控制歷來是最核心的問題，對多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制，國內(nèi)、外同行也有不少研究。在實(shí)際應(yīng)用中，多電機(jī)的同步性能會因各傳動軸的驅(qū)動特性不匹配、負(fù)載的擾動等因素的影響而惡化，因此同步控制方法的好壞直接影響著系統(tǒng)的可靠性。
本文通過對的多電機(jī)同步傳動系統(tǒng)主要控制策略分析，得出改進(jìn)的耦合控制是當(dāng)前比較好的控制思想，實(shí)際應(yīng)用中采用易于實(shí)現(xiàn)的PID作為同步補(bǔ)償控制器算法。但傳統(tǒng)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性較差且抗擾動能力也不太理想。因此在控制策略上，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和PID控制算法相結(jié)合的方法。仿真結(jié)果表明，將該方法用于多電機(jī)同步控制中，不僅具有良好的動態(tài)性能，而且整個系統(tǒng)同步精度也有所提高。

2 多電機(jī)同步控制的原理
對于多電機(jī)同步控制系統(tǒng)來說，實(shí)現(xiàn)的是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的跟隨，受到擾動的電動機(jī)轉(zhuǎn)速是變化的，其它的電動機(jī)跟隨這臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。在系統(tǒng)受到擾動后的初始狀態(tài)，電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速趨于同步越快越好，即應(yīng)盡快消除轉(zhuǎn)速偏差；當(dāng)電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速趨于同步時，要盡量減小轉(zhuǎn)速發(fā)生超調(diào)。一般情況是要求系統(tǒng)中的第i臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速vi和第i+l臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速vi+1，之間保持一定的比例關(guān)系，即vi=a?vi+1以滿足系統(tǒng)的實(shí)際工藝要求。這里a為轉(zhuǎn)速同步系數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中若要滿足系統(tǒng)的同步要求，周期采樣獲取某一環(huán)節(jié)的前臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速vi和后臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速vi+1后，vi和vi+1按下式定義轉(zhuǎn)速同步偏差時，表明在同步系數(shù)a下，vi和vi+1同步，當(dāng)e≠0時，表明在同步系統(tǒng)aF，vi和vi+l不同步．在本文中采用改進(jìn)的耦合同步控制系統(tǒng)(如圖1)，各電機(jī)采用同一電壓給定的基礎(chǔ)上，電機(jī)l轉(zhuǎn)速誤差△v1=v1―vfb1，電機(jī)2的轉(zhuǎn)速誤差△v2=v2一vfb2，計(jì)算某一電機(jī)實(shí)際速度和給定速度的偏差e，以及當(dāng)前的偏差變化量△e，同步控制器補(bǔ)償同樣采用PID控制。其差值經(jīng)過PID補(bǔ)償器加到隨動電機(jī)輸入端。

3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的建立
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用最廣泛的一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在各門學(xué)科領(lǐng)域中都具有很重要的實(shí)用價值，根據(jù)本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，為了快速消除同步誤差，本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID相結(jié)合的作為同步補(bǔ)償方法。
3．1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
基于BP網(wǎng)絡(luò)的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，控制器由兩部分組成：

(1)常規(guī)PID控制器，直接對被控對象進(jìn)行閉環(huán)控制，并且其控制參數(shù)Kp、Ki、Kd為在線調(diào)整方式；