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基于贝加莱PCC的智能伺服控制系统研究

作　者: 李磊
导　师: 黄梓瑜
学　校: 西南石油大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 永磁同步电机 贝加莱PCC 双轴同步传动 智能PID RBF神经网络
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着工业技术的发展,对于高性能伺服控制系统的需求与日俱增。在现代交流伺服系统中引入智能控制的概念,提高伺服系统控制性能,是现在主流改进方法之一。本文主要设计一种智能双轴伺服控制系统。该系统是以贝加莱可编程控制器(PCC)作为控制核心与贝加莱ACOPOS伺服驱动器和PMSM组成。同时,将智能PID算法运用于控制器中,以提高系统性能。本文第二章首先建立永磁同步电机(PMSM)数学模型,结合现代交流电机的矢量控制策略,分析PMSM位置三环控制结构,建立PMSM位置伺服系统矢量控制模型。第三章是在MATLAB/Simulink环境下,利用电力系统模块库,建立PMSM交流伺服控制系统的仿真模型。控制器采用常规PID进行仿真,得到仿真曲线。第四章首先介绍智能控制和智能PID控制的发展,重点介绍神经网络PID。然后通过BP神经网络和RBF网络的对比,选用RBF神经网络,设计基于RBF神经网络PID整定控制器。最后将RBF网络整定PID引入到PMSM交流伺服控制系统仿真模型中,代替原有速度PI控制器,进行仿真研究。本文最后介绍贝加莱运动控制系统软硬件。以贝加莱X20 PCC为控制核心,两套ACOPOS伺服驱动器和PMSM电机,结合Ethernet Powerlink通讯技术,建构双轴同步伺服系统。贝加莱编程软件Automation Studio中,引入RBF网络整定PID控制算法,基于VNC设计人机界面进行远程监控。对智能双轴伺服系统进行硬件实验调试。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 伺服系统简介  8-10
    1.2.1 伺服系统的概念和组成  8-9
    1.2.2 伺服系统的发展和研究概况  9
    1.2.3 伺服系统的发展状况  9-10
  1.3 智能PID控制  10
  1.4 伺服系统中双轴同步传动控制  10-11
  1.5 可编程计算机控制器PCC  11
  1.6 本文的意义  11
  1.7 本文的主要内容  11-13
第2章 伺服控制系统的数学建模  13-20
  2.1 引言  13
  2.2 PMSM工作原理  13
  2.3 PMSM的数学模型  13-16
    2.3.1 PMSM在三相静止坐标系的模型  13-14
    2.3.2 坐标转换  14-15
    2.3.3 PMSM在旋转坐标系(dq轴系)的模型  15-16
  2.4 转子磁链定向矢量控制理论  16-17
    2.4.1 矢量控制的基本概念  16
    2.4.2 PMSM的矢量控制  16-17
  2.5 PMSM解耦状态方程  17
  2.6 PMSM位置伺服系统闭环分析与研究  17-20
    2.6.1 伺服系统的三环控制策略  17-18
    2.6.2 速度环设计  18
    2.6.3 PMSM位置伺服系统矢量控制模型  18-20
第3章 PMSM伺服控制的MATLAB系统仿真  20-27
  3.1 MATLAB动态仿真工具SIMULINK介绍  20
  3.2 PMSM交流伺服系统仿真模型建立  20-25
    3.2.1 坐标转换  21-22
    3.2.2 SVPWM模块  22-23
    3.2.3 PI控制器  23
    3.2.4 永磁同步电机模块  23-25
  3.3 采用常规PI控制器的PMSM交流伺服系统仿真  25-27
第4章 智能PID及神经网络PID  27-43
  4.1 智能控制及智能PID  27-29
    4.1.1 智能控制  27-28
    4.1.2 智能PID  28-29
  4.2 神经网络  29-33
    4.2.1 神经网络概述  29
    4.2.2 神经元模型  29-30
    4.2.3 神经网络的学习方式  30-31
    4.2.4 神经网络的学习规则  31
    4.2.5 前馈BP神经网络  31-33
  4.3 基于RBF神经网络整定PID控制器的设计  33-37
    4.3.1 RBF神经网络结构  33-35
    4.3.2 RBF神经网络的学习算法  35
    4.3.3 基于RBF神经网络整定PID控制的设计  35-37
  4.4 基于RBF神经网络整定PID控制器在PMSM交流伺服系统中仿真  37-43
    4.4.1 仿真模型的建立  37-39
    4.4.2 仿真结果与分析  39-43
第5章 交流伺服系统的硬件结构  43-49
  5.1 可编程计算机控制器  43-45
    5.1.1 X20控制器  43-45
  5.2 ACOPOS伺服驱动  45-46
  5.3 Ethernet Powerlink  46-47
    5.3.1 Ethernet Powerlink——Powerlink=CANopen+Ethernet  46
    5.3.2 Ethernet Powerlink优点  46-47
  5.4 双轴交流伺服控制系统的硬件结构图  47-48
  5.5 双轴交流伺服控制系统控制示意图  48-49
第6章 交流伺服控制系统的软件实现  49-61
  6.1 B&R编程基础  49-52
    6.1.1 B&R Automation Studio简介  49
    6.1.2 分时多任务操作系统  49-50
    6.1.3 贝加莱运动控制NC概念  50
    6.1.4 诊断和监测  50-51
    6.1.5 HMI人机界面和VNC远程显示和维护  51-52
  6.2 双轴同步交流伺服系统的程序设计  52-59
    6.2.1 程序设计步骤  52-58
    6.2.2 程序控制流程  58-59
  6.3 基于RBF神经网络整定PID在交流伺服系统的中应用  59-61
    6.3.1 基于RBF神经网络整定交流伺服控制系统的PID参数流程  59
    6.3.2 智能双轴交流伺服控制系统的实验结果  59-61
第7章 总结展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66-80
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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