【正文】 法、智能容錯(cuò)魯棒控制器設(shè)計(jì)及智能控制的穩(wěn)定性分析方法。 ? 使交流伺服系統(tǒng)的性能達(dá)到快響應(yīng)、高精度、魯棒性及高可靠性智能化的目標(biāo) ,并能在高精度數(shù)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) ? 運(yùn)動(dòng)控制是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備 —— 電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象 ,以控制器為核心 ,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,在 自動(dòng)控制理論 的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。 ? 運(yùn)動(dòng)控制起源于早期的 伺服控制 。 ? 簡(jiǎn)單地說(shuō) ,運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理 ,使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) ? 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控 (CNC)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù) (Robotics)和工廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。 ? 現(xiàn)代化的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : ? 結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化 。 ? 構(gòu)建系統(tǒng)快速性和柔性化 。 ? 開(kāi)發(fā)、維修、升級(jí)簡(jiǎn)單 。低成本。 ? 當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展方向：基于 PC、柔性化、開(kāi)放性。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)種類 ? 按被控物理量分 : ? 以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng) 。 ? 以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)以前叫做位置隨動(dòng)系統(tǒng) ,現(xiàn)稱伺服系統(tǒng)。 ? 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分 : ? 用直流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的為直流傳動(dòng)系統(tǒng) 。用交流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的為交流傳動(dòng)系統(tǒng)。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)種類 ? 按 控制器的類型分 : ? 以模擬電路構(gòu)成的控制器叫模擬控制系統(tǒng) 。 ? 以數(shù)字電路構(gòu)成的控制器叫數(shù)字控制系統(tǒng) 。 ? 按控制原理可以分為常規(guī)控制方法、先進(jìn)控制方法 。 ? 按控制系統(tǒng)中閉環(huán)的多少 ,可分單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng) 。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)種類 ? 按控制的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域的不同 ,可分為 ? 1)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制 :這種運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是僅對(duì)終點(diǎn)位置有要求 ,與運(yùn)動(dòng)的中間過(guò)程即運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)關(guān)。 ? 2)連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)控制 :又稱為輪廓控制 ,主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)、切割系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)輪廓控制。 ? 3) 同步運(yùn)動(dòng)控制 :是指對(duì)多個(gè)軸之間的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制 ,可以是對(duì)多個(gè)軸在運(yùn)動(dòng)全程中進(jìn)行同步控制 ,也可指對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的局部進(jìn)行同步控制。 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)共同的特點(diǎn) ? 所有這些運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)共同的特點(diǎn)就是 : ? (1) 被控量的過(guò)渡過(guò)程較短 ,一般為秒級(jí)甚至毫秒級(jí)。 ? (2) 傳動(dòng)功率范圍寬。 ? (3) 調(diào)速范圍大 ,寬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)到 1:10000。 ? (4) 具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 ? (5) 電動(dòng)機(jī)空載損耗小 ,效率高 ,具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ? 運(yùn)動(dòng)控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中起著重要的作用 ,運(yùn)動(dòng)控制器不但在傳統(tǒng)的機(jī)械數(shù)控行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用 ,而且在新興的電子制造和信息產(chǎn)品的制造業(yè)中起著不可替代的作用。 ? 自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái) ,運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域正在發(fā)生日新月異的變換 ,各種先進(jìn)控制策略和先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)工程實(shí)際中。 ? 一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要 由 被控機(jī)械設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、和控制軟件構(gòu)成 。 ? 控制器按照給定和實(shí)際運(yùn)行反饋值之差 ,調(diào)節(jié)控制量 。 ? 驅(qū)動(dòng)裝置按控制量調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 。電動(dòng)機(jī)按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。 ? 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)指令由運(yùn)動(dòng)控制器給出 ,因此運(yùn)動(dòng)控制器是整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用 ? 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)就執(zhí)行元件電動(dòng)機(jī)而言 ,交直流兩大分支一直并存于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域 ,伴隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 ,特別是隨著電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展 ,電機(jī)及控制技術(shù)不斷完善。 19 世紀(jì) 80 年代以前 ,直流電機(jī)拖動(dòng)是唯一的電氣傳動(dòng)方式。 ? 19 世紀(jì)末 ,交流電機(jī)的發(fā)明使用 ,使交流電氣傳動(dòng)在工業(yè)中得到了逐步廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 ,對(duì)起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求。 ? 這時(shí)又開(kāi)始使用直流調(diào)速系統(tǒng) 。但由于直流調(diào)速本身存在的弱點(diǎn) ,人們開(kāi)始了新一輪交流調(diào)速系統(tǒng)的研究。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用 ? 近幾十年來(lái)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 ,為交流調(diào)速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了有利的條件 ,使交流調(diào)速逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能 ,并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化 ,目前交流調(diào)速系統(tǒng)已逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。 ? 在中小功率范圍內(nèi) ,高性能的交流伺服系統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)主要采用永磁同步電動(dòng)機(jī) 。 。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用 ? 從控制策略方面分析 ,以往的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要用經(jīng)典控制理論作指導(dǎo) ,它以單輸入單輸出的線性時(shí)不變系統(tǒng)作為主要研究對(duì)象 ,用傳遞函數(shù)作為基本數(shù)學(xué)描述 ,以頻域法和根軌跡作為分析和綜合系統(tǒng)的方法。 ? 六十年代初 ,現(xiàn)代控制理論開(kāi)始 形成 ,它的研究對(duì)象要比經(jīng)典控制理論廣泛得多 ,適用于非線性、時(shí)變、斷續(xù)和多變 量系統(tǒng) ,它的研究方法本質(zhì)上是時(shí)域的 ,即狀態(tài)空間法 ,它的分析和綜合目標(biāo)是揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律 ,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 ? 控制策略的設(shè)計(jì)目標(biāo)是 : 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用 ?控制策略的設(shè)計(jì)目標(biāo)是 : ?1)減少擾動(dòng)和參數(shù)變化的影響。 ?2)獲得期望的穩(wěn)態(tài)精度和輸入輸出的動(dòng)態(tài)特性。 ?3)通過(guò)對(duì)負(fù)載力矩以及對(duì)跟蹤偏差的控制來(lái)達(dá)到上述目的。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用 ? 目前在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的現(xiàn)代控制理論主要有 :最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)元控制等。 ? 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中 ,應(yīng)用十分廣泛的是位置控制系統(tǒng)(位置伺服系統(tǒng) ),它是以足夠的控制精度 (定位精度 )、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度作為主要控制目標(biāo)。 ? 典型的位置伺服系統(tǒng)中有 電流環(huán) 、 速度環(huán) 、 位置環(huán) ,其中分別對(duì)應(yīng)電流控制器、速度控制器、位置控制器 ,這些控制器能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)特性等控制目標(biāo)。 位置伺服系統(tǒng) ? 伺服系統(tǒng)是以物體的位置、方位、姿態(tài)等作為被控量 ,使之能跟蹤目標(biāo)值任意變化的控制系統(tǒng)。 ? 位置伺服系統(tǒng) 又稱隨動(dòng)系統(tǒng) ,是運(yùn)動(dòng)控制中最典型的一種。系統(tǒng)輸出量一般是負(fù)載的空間位移 ,當(dāng)給定位置指令變化時(shí) ,輸出量也應(yīng)能準(zhǔn)確無(wú)誤地跟蹤給定量的變化并能復(fù)現(xiàn)給定量。 ? 作為閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的伺服系統(tǒng) ,它在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)對(duì)象的控制中 ,以及在定位、瞄準(zhǔn)、跟蹤、信號(hào)傳遞和接收等裝置中都占有重要的地位。 位置伺服系統(tǒng) ? 位置伺服系統(tǒng)與普通電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系但又有明顯不同。 ? 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求是有足夠的調(diào)速范圍、穩(wěn)速精度和快且平穩(wěn)的啟、制動(dòng)性能。 ? 系統(tǒng)工作時(shí) ,都是以一定的速度精度 ,穩(wěn)定在調(diào)速范圍內(nèi)某一固定的轉(zhuǎn)速上運(yùn)行的。 ? 系統(tǒng)的主要控制目標(biāo) ,是使轉(zhuǎn)速盡量不受負(fù)載變化、電源電壓波動(dòng)及環(huán)境溫度變化等干擾因素的影響。 位置伺服系統(tǒng) ? 而位置伺服系統(tǒng)，一般是以足夠的 位置控制精度 (定位精度 )、 位置跟蹤精度 (位置跟蹤誤差 )和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標(biāo)。 ? 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要求能以一定的精度隨時(shí)跟蹤指令的變化，系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度是動(dòng)態(tài)變化。 ? 伺服系統(tǒng)在 跟蹤性能 方面的要求比普通調(diào)速系統(tǒng)高。 ? 位置伺服系統(tǒng)是在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上外加一個(gè)位置環(huán)構(gòu)成， 位置環(huán) 是位置伺服系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征。 數(shù)控機(jī)床 位置伺服系統(tǒng) ? 伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、