מערכת כונן סרוו

מערכות Servo Drive הן מרכזיות בביצועים של רובוטים תעשייתיים, וטכנולוגיית Servo Drive הפכה לטכנולוגיה מרכזית באוטומציה תעשייתית. כונני סרוו ואתרנט תעשייתי הפכו למרכיבים חיוניים בייצור המודרני. CC - קישור, Ethercat ו- Devicenet הם כיום פעירי שדה נפוצים המשמשים ברובוטים תעשייתיים.

עם התפתחות מהירה של אלקטרוניקה חשמל ותורת הבקרה המודרנית, מערכות כונן סרוו טונגו מתקדמות גם לכיוון דיגיטליזציה, כאשר מערכות כונן סרוו דיגיטליות לחלוטין הופכות למיינסטרים. עם קידום הייצור האינטליגנטי, כונני סרוו של טונגאנג מתקדמים גם הם לעבר דיוק גבוה, ביצועים גבוהים ואינטגרציה.

צוות ההנדסה של טונגאנג, מול דרישת השוק הגבוהה למערכות כונן, עיצב כונן סרוו מבוסס - אוטובוס ביצועים - עם תגובה דינאמית מעולה, יציב גבוה {}} דיוק מדינה ותפעול פשוט. זה מאיץ את השינוי והשדרוג הדיגיטלי של הייצור התעשייתי, ומניע את ענף הייצור לעבר רשת, אינטליגנציה ונתונים - פיתוח מונע.

פיתוח אסטרטגיות בקרת כונן סרוו

ניתן לאתר את פיתוח אסטרטגיות בקרת כונן סרוו לאמצע - המאה העשרים. עם התפתחות מהירה של טכנולוגיית חשמל אלקטרוניקה ותורת הבקרה המודרנית, אסטרטגיות בקרת סרוו דחיית סרוו המשיכו להתקדם, החל מהראשון הראשוני של בקרת יחסי המתח המתח הראשוני ועד לבקרת וקטורים נרחבים כיום ובקרת מומנט ישירה, ואז לבקרה אינטליגנטית המוצעת על ידי אלגוריתמים שליטה אינטליגנטית.

מתח קבוע - בקרת יחס תדר

מתח קבוע - בקרת יחס תדר, המכונה גם מתח קבוע לכל בקרת תדר (CVF), היא אסטרטגיית בקרה מוקדמת למערכות כונן מוטורי AC. עקרון הליבה שלו הוא לשמור על יחס תדר מתח קבוע {}}} כדי לשמור על שטף מגנטי קבוע במנוע. לפיכך, בקרת CVF נקראת גם בקרת שטף קבוע.

ב- V/F קבוע במהלך השליטה, מתח ההפעלה של המנוע פרופורציונלי לתדר הקלט. משמעות הדבר היא שככל שהתדר גדל, מתח הקלט למנוע גדל גם הוא, ושומר על יחס מתח/תדר פרופורציונלי, מה שמבטיח שהמנוע משיג מומנט אלקטרומגנטי מתאים בכל התדרים. על ידי שמירה על קשר יחסי זה בין מתח לתדר, בקרת V/F קבועה שומרת על שטף מנוע יציב בתדרים משתנים. זה עוזר להבטיח כי נוצר שדה מגנטי מספיק בכל מהירויות המנוע, תוך שמירה על מאפייני הפעלה יציבים.

בהשוואה לאסטרטגיות בקרה מתקדמות אחרות, בקרת V/F קבועה היא פשוטה יחסית, נמוכה {}}} עלות, ואמינה ביותר. זה הופך אותו לשימוש נרחב בשדות רבים, במיוחד כאשר יש צורך בעלות נמוכה - ובקרה פשוטה יחסית. בקרת V/F קבועה חלה על סוגים רבים של מנועי AC, כולל מנועי אינדוקציה ומנועים סינכרוניים מגנטיים קבועים. בקרת יחס מתח/תדר קבוע פתוחה - בקרת לולאה ואינה דורשת אותות משוב כמו מתח, זרם, מהירות ומיקום. עם זאת, הוא גם לא יכול לשלוט על מומנט המנוע. בגלל היעדר מעגלי משוב, הוא חסר דיוק זמן אמיתי - ובעל דיוק שליטה נמוכה, ביצועים דינמיים לקויים ותוצאות בקרה לא מספקות.

בקרת בקרת V/F קבועה מבטיחה כי המנוע יכול לשמור על מאפייני הפעלה יציבים במהירויות שונות על ידי שמירה על הקשר היחסי בין מתח לתדר. זוהי אסטרטגיית בקרת כונן מנועי AC פשוטה ויעילה.

בקרת מומנט ישירה

בקרת מומנט ישירה (DTC) היא טכנולוגיית בקרת סרוו המוצעת על ידי חוקרים גרמנים ויפנים בשנות השמונים. זה נועד להשיג מומנט מדויק ובקרת מהירות של מנועים. שלא כמו בקרת וקטור, המפסקת את הזרם, DTC שולטת ישירות במומנט, ומפחיתה את התלות בפרמטרים מוטוריים ובכך משפרת את הביצועים והיציבות הדינאמית של המערכת. DTC משתמש בניתוח וקטור חלל כדי לשלוט ישירות על הצמדת שטף סטטור ומומנט אלקטרומגנטי בשדה סטטור - דרך מכוונת.

מערכת DTC מורכבת בדרך כלל משני רכיבים עיקריים: בקר מומנט ובקר שטף. בקר המומנט עוקב אחר מומנט המנוע ומהירותו ומחשב את וקטור המתח המתאים על בסיס דרישות מומנט מראש ודרישות מהירות. על ידי השוואה של המומנט הנדרש עם המומנט בפועל, בקר המומנט מייצר את וקטור המתח המתאים כדי לשלוט על מומנט הפלט של המנוע. שיטת בקרת מומנט ישירה זו מאפשרת למערכת להגיב במהירות רבה יותר לדרישות המומנט. בקרי שטף עוקבים אחר השטף המגנטי של המנוע ומתאימים את גודלו לפי הצורך. על ידי שליטה בשטף המגנטי של המנוע, ניתן להשיג בקרת מהירות. בקרי שטף משתמשים בדרך כלל במודולציה של וקטור חלל (SVM) כדי להתאים את השטף המגנטי של המנוע כדי להשיג את המהירות הרצויה. בקרת מומנט ישירה (DTC) מבטלת חישובי קואורדינטות מורכבות ומציעה יתרונות כמו זמן תגובת בקרת מומנט מהיר וחוסן. מכיוון שמערכות DTC אינן דורשות מדידה וחישוב זרם מוטורי, הן יכולות להפחית את מורכבות ועלות מערכת הבקרה. עם זאת, הם סובלים מביצועים לקויים במהירויות נמוכות, אדווה מומנט ותדר מיתוג לא יציב.

בקרת מומנט ישירה (DTC) היא טכנולוגיית בקרת מנוע מתקדמת המשיגה מומנט מדויק ובקרת מהירות על ידי שליטה ישירה על מומנט המנוע ושטף מגנטי. התגובה הדינמית המהירה והביצועים היעילים שלה הביאו לאימוץ הנרחב שלה ביישומים תעשייתיים.

בקרת וקטור

שדה - בקרה מכוונת (FOC), המכונה גם שדה - בקרה מכוונת, היא תיאוריית בקרת סרוו המוצעת בשנות השבעים. הוא משתמש בעקרונות טרנספורמציה של קואורדינטות, באמצעות טרנספורמציה של פארק וקלארק כדי להפוך את זרם הסטטור בשלושה - שלב מערכת קואורדינטות נייחות לרכיב DC במערכת קואורדינטות סיבוב שלב שני -. לאחר מכן מנתקים זרמי שלב כדי להשיג את זרם העירור I ואת המזהה הנוכחי המסתובב, ומשיג ביצועי בקרה הדומים לזה של מנוע DC. לאחר קבלת משתנה הבקרה הנדרש, טרנספורמציית הפארק ההפוך ואלגוריתם SVPWM משמשים להמרתו למשתנה שלב שלב - שלב.

הסוגים העיקריים של בקרת וקטור פתוחים - בקרת וקטור לולאה (בקרת וקטור ללא חיישן) וסגורה - בקרת וקטור לולאה (בקרת וקטור מחושבת). פתח - בקרת וקטור לולאה אינה דורשת משוב על מהירות או מיקום המנוע. שיטה זו היא פשוטה ונמוכה - עלות, אך דיוק הבקרה שלה והביצועים הדינמיים שלה נחותים מבקרת הלולאה סגורה {}}}. סגור - בקרת וקטור לולאה דורשת מהירות מנוע או משוב של מיקום כדי לשלוט במדויק בשטף ומומנט. זה מספק ביצועי בקרה מדויקים מאוד ומתאים ליישומים הדורשים ביצועים דינמיים גבוהים. אסטרטגיות בקרת וקטור כוללות בעיקר ID =0 בקרה, בקרת אחדות של גורם כוח, מומנט מקסימלי - עד - בקרת יחס זרם ושדה {}}} שליטה מחלישה. ID =0 בקרה, בשל הפשטות שלו, מאמץ חישובי מינימלי, ביצועי מומנט מצוינים וטווח ויסות מהירות רחבה, נמצא בשימוש נרחב ביישומי בקרת ביצועים גבוהים {}}. עם זאת, לבקרת הווקטור יש חסרונות: היא כרוכה בקביעת שטף הרוטור ושינויי קואורדינטות מורכבות, מציגה גורמים לא לינאריים כמו שני צימוד זרם ציר -, והיא מושפעת ישירות על ידי פרמטרים מוטוריים, מה שהופך את המערכת לרגישות לשונות פרמטרים והפרעות חיצוניות במהלך הפעולה, מה שמוביל להפחתת אפקטאציה שליטה.

טכנולוגיית בקרת וקטור הפכה למרכיב חיוני בבקרת מנוע מודרנית AC והיא נמצאת בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים ומסחריים שונים, כולל כלי רכב חשמליים, רובוטים תעשייתיים, מעליות ומערכות בקרת מהירות שונות. על ידי מתן - דיוק ובקרת יעילות גבוהה-, טכנולוגיית בקרת וקטור משפרת משמעותית את הביצועים של מערכות כונן מוטורי.

שליטה חכמה

שליטה חכמה שונה מאסטרטגיות בקרה קודמות. זה לא מסתמך לחלוטין על המודל המתמטי של אובייקט הבקרה, אלא מיטב את השליטה על ידי קבלת משוב ביצועים. עבור מנועי סרוו AC לא לינאריים, מרובי משתנים, שליטה אינטליגנטית היא בחירה מתאימה. בקרה חכמה אינה אסטרטגיית בקרה אחת, אלא מונח כללי לסוג של אסטרטגיות, בעיקר כולל שליטה מטושטשת, בקרת מצב הזזה, בקרת רשת עצבית ואלגוריתמים גנטיים.

(1) בקרה מטושטשת, המכונה גם בקרת לוגיקה מטושטשת, מקורו במתמטיקה מטושטשת והיא טכנולוגיית בקרת מחשב המורכבת מתיאוריה של סט מטושטש, שפה מטושטשת והיגיון מטושטש. שליטה מטושטשת מדמה את ההנמקה וההחלטה המטושטשת - ביצוע תהליך של בני אדם ושייך לשיטת הבקרה החכמה. שיטה זו ממירה את חוויית המפעילים או המומחים לכללים מטושטשים, מציגה את אותות הזמן האמיתיים של חיישני - ואז מבצעת נימוקים מטושטשים, ולבסוף משלבת את התוצאות במפעיל. בקרה מטושטשת אינה דורשת הקמת מודל מתמטי מדויק של האובייקט המבוקש. שיטה זו מקלה על מנגנון הבקרה והאסטרטגיה לקל את קבלת הבנה, פשוט בעיצוב וקל ליישום. למערכות בקרה מטושטשות יש איתנות מצוינת ויכולות להפחית ביעילות את ההשפעה של הפרעות ושינויי פרמטרים על אפקט הבקרה. זה מתאים במיוחד לשליטה במערכות לא לינאריות, זמן - משתנות ומערכות פיגור טהורות, ויש לו יתרונות חזקים בביצועי זמן אמיתיים-. עם זאת, תכנון השליטה המטושטשת עדיין עומד בפני אתגרים מבחינת שיטתיות, במיוחד בשליטה על מערכות מורכבות. נכון לעכשיו, לא הוקמה מערכת תיאורטית של בקרה מטושטשת מלאה כדי לפתור את הבעיות של מנגנון בקרה מטושטש, ניתוח יציבות, תכנון שיטתי וכו '. לפיכך, השגת כלל מטושטש אמין ושיטת תכנון פונקציות חברות כדי להימנע מהסתמכות לחלוטין על תכנון אמפירי הוא אחד הנושאים שצריכים לשים לב אליהם במחקר שליטה מטושטשת.

(2) בקרת מצב הזזה SMC, המכונה גם בקרת מבנה משתנה, היא תוכנית בקרה המבוססת על תורת הבקרה המודרנית. הבסיס המתמטי שלה מבוסס בעיקר על פונקציית Lyapunov. מושג הליבה של בקרת מצב הזזה הוא ליצור משטח מצב הזזה, להנחות את המערכת הנשלטת על פני השטח ולגרום למערכת לנוע לאורך פני הזזה. שיטת בקרה זו היא למעשה אסטרטגיית בקרה לא לינארית. המאפיינים הלא לינאריים שלה באים לידי ביטוי באי -רציפות השליטה, המושגת באמצעות פונקציות מיתוג. על פי המידה בה מצב המערכת חורג ממצב הזזה, מבנה הבקר (חוק בקרה או פרמטרי בקר) מותאם כדי לגרום למערכת לעקוב אחר מצב הפעולה שצוין על ידי מצב ההזזה. בקרת מצב הזזה יכולה להתגבר על אי וודאות המערכת ולהראות איתנות חזקה להתערבות ודינמיקה לא מודעת, במיוחד בתחום בקרת המערכת הלא לינארית [12]. בקרת מצב הזזה היא פשוטה ויעילה, עם מהירות תגובה מהירה וחוסן טוב להפרעות רעש חיצוניות ושינויי פרמטרים. עם זאת, ברגע שמסלול מצב המערכת מגיע למשטח מצב הזזה, קשה לאלגוריתם לעקוב אחר פני השטח עד לנקודת שיווי המשקל של המערכת. במקום זאת, הוא מעביר קדימה ואחורה משני צידי משטח הזזה ומתקרב בהדרגה לנקודת שיווי המשקל, וכתוצאה מכך התרחשות הפטפטים. נכון לעכשיו, השיטות העיקריות להפחתת ההשפעה של פטפטות הן לשפר את חוק גישת מצב הזזה או להשתמש בסינון, בקרה מטושטשת, רשת עצבית ושיטות אחרות.

(3) בקרת רשת עצבית היא שיטה המשתמשת ברשתות עצביות לעיבוד אובייקטים לא לינאריים מורכבים שקשה לתאר במדויק. במערכת בקרה זו, רשתות עצביות יכולות למלא תפקידים מרובים כמו בקרים, חישובי אופטימיזציה, נימוק או אבחון תקלות. מערכת בקרת רשת עצבית זו שמשלבת פונקציות שונות יכולה להתמודד בצורה יעילה יותר עם המורכבות וחוסר הוודאות של המערכת. באמצעות בקרת רשת עצבית, המערכת יכולה לפעול בצורה גמישה ואולפטיביים יותר, ולשפר את ביצועי המערכת ואת החוסן. רשתות עצביות מלאכותיות (ANNS) מקוצרות כרשתות עצביות (NN). ANNS הוא מודל שנבנה על ידי הדמיה של מנגנון הלמידה של מערכת העצבים המוחית האנושית ומחולק לשכבה רב - ושכבה יחידה {}}}. כל שכבה מכילה נוירונים מרובים, והנוירונים מחוברים על ידי חיבורים מכוונים עם משקולות משתנות. על ידי לימוד והדרכה שוב ושוב ידוע על מידע והתאמת בהדרגה של משקולות חיבורי הנוירונים, רשתות עצביות מלאכותיות יכולות לעבד מידע ולדמות קשרים בין קלט {}}}. לטכנולוגיית רשת עצבית יש יתרונות ברורים על פני שיטות עיבוד נתונים מסורתיות בעיבוד נתונים מטושטשים, אקראיים ולא לינאריים, והיא מתאימה במיוחד למערכות עם מבנה גדול, מבנה מורכב ומידע לא בטוח. רשתות עצביות אינן צריכות להבין את הקשר המדויק בין קלט לפלט, אלא רק צריכים לקחת בחשבון את הגורמים הלא -- הגורמים הגורמים לשינויים בפלט, כלומר פרמטרים קבועים שאינם -. זה גורם לרשתות עצביות לבצע ביצועים טובים בעיבוד נתונים לא בטוחים.

(4) אלגוריתם גנטי (GA) הוא טכניקת אופטימיזציה מקבילה לחיפוש אקראית המדמה את התהליכים הגנטיים והאבולוציוניים של אורגניזמים בטבע. אלגוריתם זה פועל על מיתרים בינאריים באמצעות טכניקות קידוד, ומדמה את התפתחות האוכלוסייה לחיפוש אחר הפיתרון האופטימלי. אלגוריתמים גנטיים משתמשים במנגנון חילופי מידע אקראיים מסודרים כדי לשלב מחדש מיתרים הניתנים להתאמה גבוהה ולהחליף קטעים של כמה מיתרים בהסתברות מסוימת. בדומה לבחירה טבעית, מיתרים הניתנים להתאמה מאוד נשמרים וממשיכים להתרבות עד שתושג תוצאת אופטימיזציה מספקת. לאלגוריתמים גנטיים אין דרישות ספציפיות לבעיה עצמה ואינם דורשים הנחות מתמטיות קפדניות. יש להם גם יכולות מחשוב מקבילות, מה שמגדיל את המהירות החישובית באמצעות מחשוב מקביל {}} גדול, מה שהופך אותם למתאימים למיטוב סולם גדול {}}, בעיות מורכבות. האלגוריתם משתמש בכללי מעבר הסתברותיים כדי להנחות את כיוון החיפוש ומציג את עצמי - ארגון, אדפטיבי ועצמי - מאפייני למידה. בשל היתרונות שלו, הגז משמש באופן נרחב לאופטימיזציה של פרמטרים בתכנון בקר, במיוחד לאופטימיזציה. הם מיושמים גם בתחומים כמו אופטימיזציה של נתיבים, מערכות כוח ותעשיית הרכב.

זה בדרך כלל משלב מספר אסטרטגיות בקרה חכמות להשגת השפעות בקרה טובות יותר. לדוגמה, מוצעת אסטרטגיית בקרת סרטי הזזה של גישת כוח משתנה, וסרט הזזה אדפטיבי רווח מונח אקספוננציאלי משתנה מתווסף לשיעור גישת הכוח, המשפר את דיוק התצפית ושולט ביעילות על משרעת השגיאה. Yu Xiaoling et al. [16] הציע שבריר אדפטיבי מטושטש - הזמנת בקר PID, שילוב שליטה מטושטשת עם שבר - הזמנת בקר PID, אשר שיפר במידה מסוימת את מהירות התגובה של מערכת ויסות המנוע ושיפר את היציבות. השליטה המטושטשת משולבת עם אלגוריתם גנטי ליצירת אסטרטגיית בקרה מורכבת מטושטשת -, והאלגוריתם הגנטי משמש למיטוב הפרמטרים של בקר PI מטושטש כדי לפתור את הבעיה של שגיאות גדולות בביצוע הכוונון של גורם הגורם הנגרם כתוצאה מהגיבוי המוטורי, להפחית את הביצועים של פרמטרים ובביצועים של פרמטרים, ובביצועי הפרמטרים. אסטרטגיית הבקרה המשלבת את הרשת העצבית של פונקציית הבסיס הרדיאלי (RBF) עם בקר PID משתמשת באות הרגישות המתקבל על ידי זיהוי כדי לכוונן את פרמטרי ה- PID, ובכך משפרת את יכולת ההפרעה נגד-. רשתות עצביות של RBF הן רשתות עצביות של FeedForward שיכולות להתקרב לפונקציות לא לינאריות בדיוק שרירותי. הם מציעים את היתרונות של קירוב מקומי, קלט חזק - מיפוי פלט והתכנסות מהירה. שילוב רשת עצבית של גלגלים (WNN) עם בקר PID והעסקת רשת עצבית Wavelet PID (WNN - PID) אסטרטגיית בקרה משפרת ביעילות את דיוק בקרת המהירות של מנועים סינכרוניים מגנטיים קבועים. רשתות עצביות של Wavelet הן שיטה יעילה לשילוב מודלים מבניים של רשת עצבית עם Multi - רזולוציה וניתוח אותות סולם רב -. באמצעות התפלגות ליניארית של מקדמי משקל הרשת והקמורה של הפונקציה האובייקטיבית המלומדת, תהליך אימוני הרשת נמנע באופן מהותי על אופטימיות מקומית ובעיות אופטימיזציה לא לינארית.