PID自适应控制器在调速系统中的应用

一、引言

系统是针对制氧机厂W160型落地镗床X、Y、Z3个进给最高转速为3000r/min,最低转速≤30r／min的直流电动机,实现静态无静差S=0、调速范围D≥1000；动态电流超调量σι／%≤5%、速度超调量σn%≤10%无级调速系统。直流可逆双闭环调速系统中,需要两级PID控制器进行调节,但要实现如此高精度的调速,单纯采用常规的PID控制器,很难达到系统的要求。随着神经网络理论的发展,将应用最广泛的PID控制器与具有自学习功能的神经网络相结合,已成为智能控制的一个新方向,并在这一方面取得了一些研究成果。其中由单神经元构成的PID自适应控制器,是将PID控制规律融进神经网络之中,实现神经网络与PID控制规律的本质结合,共同完成PID白适应调节。

其网络结构如图1—1所示,它是由比例、积分、微分2个单元组成的一种动态前向网络,各层神经元个数、连接方式、连接权值是按PID控制规律的基本原则和已有的经验确定的,能够保证系统的稳定和快速收敛。文中用PLC实现神经网络PID自适应控制,并应用于直流逻辑无环流可逆调速控制系统,使系统的控制精度达到了只有理论上才能实现的无静差。

二、PLC控制系统的组成

根据W160型落地镗床直流调速系统动、静态性能指标的要求,考虑到该设备的控制设备、器件数量多、对系统运行安全可靠提出的更高要求,采用高可靠性的PLC作为控制核心,以晶闸管为执行机构的直流调速控制系统,取代原设备的交流电动机一发电机一直流电动机庞大的调速系统。

PLC实现的调速系统如图2—1所示。系统主要由两部分构成,其中PLC实现神经网络PID自适应控制器与逻辑无环流双闭环的控制部分,长划线一点一点虚线框内为(V--M)三相桥式晶闸管一电动机系统,GT为V--M系统的晶闸管触发电路,它由硬件实现。短划线虚线框内为换向软开关,由PLC软件实现。

该系统为速度、电流双闭环调速系统,也就是说PLC对这3个模拟输入信号分别进行速度调节器和电流调节器相串联的两级PID运算,向晶闸管的触发电路给出移相电压信号。所以,系统跟随的快速性及控制精度关键取决于PID调节器的设计和调节精度。采用单神经元组成的PID自适应控制器,既有传统PID控制器的优点,又有神经网络的并行结构和学习记忆功能,并且结构简单,易于实现,所以它更适合于控制系统。

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