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【廈門莫格電氣自動(dòng)化有限公司】
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單神經(jīng)元PID控制模塊設(shè)計(jì)思路
數(shù)控機(jī)床的zui高運(yùn)動(dòng)速度、跟蹤精虞、定位精度等重要指標(biāo)均取決于驅(qū)動(dòng)及位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能。因此，研究與開發(fā)高性能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置控制系統(tǒng)，一直是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一．

目前數(shù)控機(jī)床位置伺服控制仍然普遍采用經(jīng)典控制方法，如比例型或比例2積分型等算法，其優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)，但存在著控制參數(shù)適應(yīng)性差、抗*力不強(qiáng)等缺陷。

本模塊利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)功能，設(shè)計(jì)一種在線智能型位置控制算法，圖1所示為半閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

半閉環(huán)位置伺服控制框圖

圖1 半閉環(huán)位置伺服控制框圖P350/070  ABB

由于絲杠螺距誤并以及受載后絲杠 軸承變形等影響，半閉環(huán)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的校正并刁｀*，控制精度比閉環(huán)要低 些，根據(jù)自動(dòng)控制的原理可知，工作臺(tái)是一個(gè)質(zhì)量元件，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因有變形，可視為彈性元件，兩耆構(gòu)成一個(gè)低阻尼振蕩環(huán)節(jié)。半閉環(huán)不包含這個(gè)環(huán)節(jié)，一般不會(huì)引起進(jìn)給振蕩，而閉環(huán)若參數(shù)選取不當(dāng)，則有可能產(chǎn)生不穩(wěn)定。為了研究問(wèn)題的方便，可將速度伺服單元等效為一階慣性環(huán)節(jié)。

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式中：K1為速度伺服單元增益（rad／（s·V））；T1為速度伺服單元時(shí)間常數(shù)，它對(duì)應(yīng)在給定的電壓Uand下電機(jī)轉(zhuǎn)速θo達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2％時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在帶載無(wú)切削條件下本系統(tǒng)T1≈80ms，而且輸出響應(yīng)基本符合一階慣性環(huán)節(jié)。

由圖1的半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)可得如圖2所示數(shù)控機(jī)床位置伺服控制模型。

數(shù)控機(jī)床位置伺服單位負(fù)反饋框圖

圖2 數(shù)控機(jī)床位置伺服單位負(fù)反饋框圖

本模塊采用的單神經(jīng)元控制器原理圖如圖3所示。

單神經(jīng)元控制器

圖3單神經(jīng)元控制器

本模塊提出的學(xué)習(xí)規(guī)則采用反饋原理，同時(shí)將Hebb規(guī)則與δ規(guī)則結(jié)合起來(lái)，即學(xué)習(xí)信號(hào)取為：

圖6－x所示的神經(jīng)元控制率可表示為：

式中：Ku為神經(jīng)元比例系數(shù)；f［u］為神經(jīng)元激發(fā)函數(shù)。由上面式子可知，這是位置式神經(jīng)元PID控制器，性能更加*的增量式PID控制器可表示如下：

上式為簡(jiǎn)單起見，取f［u］＝u.

與傳統(tǒng)的PID相比，神經(jīng)元控制僅僅是PID增益，要由學(xué)習(xí)算法來(lái)調(diào)整。

學(xué)習(xí)算法是簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算，因而實(shí)時(shí)性強(qiáng)。權(quán)系數(shù)的學(xué)習(xí)是為了確保系統(tǒng)的跟蹤誤差收斂于0，只要跟蹤誤差存在，學(xué)習(xí)過(guò)程就會(huì)使權(quán)值變化，從而使誤差快速趨于0。
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