基于跟蹤微分器和單神經(jīng)元PID的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)研究

　　1 引言

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，由于直流調(diào)速系統(tǒng)良好的運動性和控制特性，在我國很多需要高性能可控電力拖動的工業(yè)部門，仍然廣泛使用直流調(diào)速系統(tǒng)。從控制角度看，直流調(diào)速系統(tǒng)是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，加強對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究有利于促進調(diào)速系統(tǒng)的進一步完善[1]。但由于各種因素(如擾動)的影響，直流調(diào)速系統(tǒng)運行中可能存在嚴重的不穩(wěn)定等問題，此時利用傳統(tǒng)的控制理論(如PID控制)不能滿足高精度和高動態(tài)性能控制的要求。我國目前直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有：綜合性最優(yōu)控制、補償PID控制、PID算法優(yōu)化、也有的只用模糊控制技術(shù)。所以可以看出直流調(diào)速系統(tǒng)的主要研究點是智能控制方法的應(yīng)用。近幾年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制作為智能控制的重要組成部分得到了較快地發(fā)展，而作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最基本單元——單神經(jīng)元，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中成為了最基本的控制部件。本文針對造成直流調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素分別提出了一種基于跟蹤微分器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制相結(jié)合的直流調(diào)速的控制策略，并運用Simulink仿真軟件在S函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用跟蹤微分器的濾波性，單神經(jīng)元的自學(xué)習(xí)，自適應(yīng)性，通過對存在隨機擾動的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速、穩(wěn)定、實時控制。

　　2 問題描述

　　據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代工業(yè)過程控制領(lǐng)域仍有近90%的回路應(yīng)用傳統(tǒng)的PID控制策略。然而PID控制中的關(guān)鍵問題就是PID參數(shù)的整定，實際應(yīng)用中，很多被控過程原理相對

　　復(fù)雜，并且受噪聲、負載擾動等因素的影響，過程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)均會隨著時間和工作環(huán)境的變換而變換，這給PID參數(shù)的整定帶來了許多困難。例如在生產(chǎn)過程中，直流調(diào)速系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)、參數(shù)復(fù)雜，而且存在著

　　擾動，擾動的種類、數(shù)量不唯一，從而導(dǎo)致控制器設(shè)計復(fù)雜，擾動難以抑制，系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問題。這類直流調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述如下：

　　擾動。針對這一類系統(tǒng)，控制器的設(shè)計要求是，首先保證系統(tǒng)穩(wěn)定性——即消除系統(tǒng)的干擾，然后滿足系統(tǒng)其他性能要求。當(dāng)W1(t)、W2(t)分別是確定的擾動，則可以采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計相應(yīng)的抗擾動控制器保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。但是如果W1(t)、W2(t)都是隨機擾動，即為無明顯傳播規(guī)律的信號，則可能造成系統(tǒng)的模型或參數(shù)不確定，使系統(tǒng)控制器設(shè)計復(fù)雜化，如果仍采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計控制器，則很難設(shè)計與實現(xiàn)。

　　對直流調(diào)速系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的主要擾動包括電網(wǎng)擾動、負載擾動。電網(wǎng)擾動作用在電流環(huán)內(nèi)部，可通過電流反饋及時得到抑制，所以電網(wǎng)擾動對轉(zhuǎn)速的影響較小，則可不加以考慮。負載擾動作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來抑制，所以設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)控制器應(yīng)具有較好的抗干擾性。另外工業(yè)控制現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，常存在多種形式的干擾源，所以系統(tǒng)的外界干擾是很難避免的，本文在考慮系統(tǒng)的負載擾動和外界擾動的前提下，以S函數(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計單神經(jīng)元PID控制器和跟蹤微分器控制系統(tǒng)。