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1、主令参考控制
2、主从控制 3、电子虚拟主轴 4、交叉耦合 5、偏差耦合 6、相邻交叉耦合
1、主令参考控制
1、结构简单 2、易于实现 优点 3、启动、停止阶段 系 统的同步性能也 很好 4、容易扩展到多电 机同步控制中 不足： 整个系统缺少单元 间的反馈，相当于 开环控制，系统的 同步性能很难保证
多电机同步协调控制策略 及应用研究
指导老师：教授 答辩人： 时间：2012年4月26日
课题背景和意义
背景：螺旋荧光灯管弯管机系统
（涉及四台交流伺服电机同步协调运动）
意义
1、提高多电机传动系统的跟踪性、同 步性、抗扰性
2、满足弯管机系统可靠性和控制精度 的要求
3、提高产品质量、成品率、生产效率
论文主要内容
+
-
K1
控制器1 TL
K2
++
-
控制器2 TL
适用范围：适用于同步要求较 高的双电机系统
1
电机1
+
-
2
电机2
5、偏差耦合控制
优点： 具有良好的动态同 步性能，实现满意 的同步控制效果
速度
给定*
21
Mux
不足： 系统中电机更多时， “速度补偿器”模 块计算量变大，模 块布置更加复杂
x1 (k ) x2 (k)
yd (k e(k )
) y(k) e(k 1)
e(k
)
x3(k) 2e(k) e(k) 2e(k 1) e(k 2)
3
u(k ) u(k 1) K wi (k )xi (k )
i 1
规范化后改进的有监督的Hebb学习规则的
单神经元自适应PID控制算法
类似
T细胞免疫反馈机理
响应初期，释放淋巴因子激 活免疫反应；当抗体增加 时,Ts细胞抑制免疫反应
根据文献选择免疫调节函数：
K f (e) km (1 exp(e2 ))
km ——比例系数，控制免疫调节反应速度；
——控制稳定效果；
——影响免疫调节曲线的坡度。
多电机同步控制结构
应用较普遍的模型：
（将其中的 xi (k ) 改为e(k) e(k) ，e(k) e(k) e(k 1)）
单神经元增益K的调节
K值越大
K值偏小
系统响应速度越快，超调量 大，甚至会使系统不稳定
系统响应较慢,若取得过小， 响应跟踪不上给定信号
如何实现增益K 的自动调整
T细胞免疫调节机理与单神经元PID控制相结合，形 成一种自动调节增益的免疫单神经元PID（ISNPID）
ACR
* SVPWM 调制
三相 逆变器
iq
id
n 转子位置和转速检测
i d q
ia
i
abc
ib
ic
PMSM
有监督的Hebb学习规则单神经元自适应 PID控制算法
e
+
-
yd
转 换 器
xxx321
www132
u
K
+
对y
象
神经元学习算法
z1
输入值为设定值 yd (k) 、输出 y(k) ，三个状态量 x1(k )、 x2 (k ) 、x3 (k )
r
Te
3 2
pn[ riq
(Ld
Lq
)id iq
]
A
结论：转子磁链恒定不 变,PMSM电磁转矩基本取决 于定子直轴和交轴电流分量, 即控制电流id和iq,就可以实现
对电机电磁转矩的控制。
永磁同步电动机物理模型
直接转矩控制和矢量控制性能比较
性能与特点 磁链控制 转矩控制
坐标变换
转子参数变化 影响
调速范围
速度
给定 *+
-
Fra Baidu bibliotek
TL
控制器1
+
TL
控制器2
-
（并联式结构）
电机1
1
电机2
2
适用范围：受扰较轻、各单元参数或跟随性能相同的系统
2、主从控制
1、具有主令参考式
大功率优点
优点 2、分区单元间距离
不受限制
3、增加了一个回馈
环节，同步效果更好
不足：当启动、停止和负载 扰动时，就会产生较 大的同步误差
速度
（抗原、抗体等）繁殖 的第K代
第K代抗原量浓度
(k)
第K代细胞量浓度B(k)
离散系统第K个采样 时间
第K个采样时刻给定值 与输出值的偏差e(k)
第K个采样时刻控制器 输出u(k)
TS
T细胞免疫调节函数
单神经元增益K的调整
响应初期偏差值较大时，应增 加控制取较大K值 ；接近稳态
时，偏差较小，应减小K值
直接转矩控制
定子磁链
砰-砰控制，有 转矩脉动
静止坐标变换， 较简单 无
矢量控制
转子磁链
连续控制，比较 平滑
旋转坐标变换， 较复杂 有
不够宽
比较宽
基于id=0矢量控制的永磁同步电动 机伺服系统
位置 *
给定 + -
APR n*+
-
i*
ASR q+
i*
-
d =0+
-
u u *
*
q
ACR
dq
u u *
d
控制算法。
免疫调节机理
抗原
抗原Ag
APC
-
TS细胞
TH 细胞
TH (k)
+
TS (k)
B(k)
Ab抗体
免疫反馈机理示意图
APC(抗原呈 递细胞)消化
产生抗体
缓慢活化 TS细胞
抑制TH细 胞和B细胞
信息传递 给T细胞
活化TH细胞， 并释放淋巴因子
活化B 细胞
免疫系统与控制系统的比较
免疫系统
控制系统
速度 *
给定
控制器
-
虚拟主轴模型
+
TL
控制器1
-
速度反馈1
+
TL
控制器2
-
速度反馈2
电机1
1
+
电机2
2 +
4、交叉耦合控制
优点：较好的实现了运动轴 之间的协作，使得整 个系统的动态同步性 能大大改善
不足：保持同步时相对增益 会增大很多，同时也 会带来噪声放大，引 起转矩脉动的问题
速度 *
给定 -
研究对象：四台永磁同步电动机同步运动系统 控制算法：免疫单神经元PID控制 控制结构：偏差耦合控制策略
单个PMSM交流伺服系统 仿真模型建立
四电机同步运动控制系统 偏差耦合控制的可行性 仿真结果分析 免疫单神经元PID控制的有效性
PMSM数学模型
B
q
A'
C
S
B'
d
B
N
C'
A
C
r dq坐标系下的转矩方程
给定
* +
-
TL
控制器1
电机1
1
+
控制器2 TL
-
电机2
2
（串联式结构）
适用范围：对位置或速度的同步要求不是很高的场合
3、电子虚拟主轴控制
1、继承了传统的主 令参考式、主从式的 优点 优势 2、改善了系统起动、 稳态、抗负载扰动等 方面的性能
不足： 缺少位置控制，在启 动、负载扰动、停机 过程中，各轴间会产 生恒定的相对位置差
3
u(k) u(k 1) K wi (k)xi (k)
3 i1
wi (k) wj (k) / wj (k)
j 1
ww21((kk
) )
w1 w2
(k (k
1) 1)
I z(k)u(k)(e(k) e(k)) P z(k)u(k)(e(k) e(k))
w3(k) w3(k 1) D z(k)u(k)(e(k) e(k))
2、主从控制 3、电子虚拟主轴 4、交叉耦合 5、偏差耦合 6、相邻交叉耦合
1、主令参考控制
1、结构简单 2、易于实现 优点 3、启动、停止阶段 系 统的同步性能也 很好 4、容易扩展到多电 机同步控制中 不足： 整个系统缺少单元 间的反馈，相当于 开环控制，系统的 同步性能很难保证
多电机同步协调控制策略 及应用研究
指导老师：教授 答辩人： 时间：2012年4月26日
课题背景和意义
背景：螺旋荧光灯管弯管机系统
（涉及四台交流伺服电机同步协调运动）
意义
1、提高多电机传动系统的跟踪性、同 步性、抗扰性
2、满足弯管机系统可靠性和控制精度 的要求
3、提高产品质量、成品率、生产效率
论文主要内容
+
-
K1
控制器1 TL
K2
++
-
控制器2 TL
适用范围：适用于同步要求较 高的双电机系统
1
电机1
+
-
2
电机2
5、偏差耦合控制
优点： 具有良好的动态同 步性能，实现满意 的同步控制效果
速度
给定*
21
Mux
不足： 系统中电机更多时， “速度补偿器”模 块计算量变大，模 块布置更加复杂
x1 (k ) x2 (k)
yd (k e(k )
) y(k) e(k 1)
e(k
)
x3(k) 2e(k) e(k) 2e(k 1) e(k 2)
3
u(k ) u(k 1) K wi (k )xi (k )
i 1
规范化后改进的有监督的Hebb学习规则的
单神经元自适应PID控制算法
类似
T细胞免疫反馈机理
响应初期，释放淋巴因子激 活免疫反应；当抗体增加 时,Ts细胞抑制免疫反应
根据文献选择免疫调节函数：
K f (e) km (1 exp(e2 ))
km ——比例系数，控制免疫调节反应速度；
——控制稳定效果；
——影响免疫调节曲线的坡度。
多电机同步控制结构
应用较普遍的模型：
（将其中的 xi (k ) 改为e(k) e(k) ，e(k) e(k) e(k 1)）
单神经元增益K的调节
K值越大
K值偏小
系统响应速度越快，超调量 大，甚至会使系统不稳定
系统响应较慢,若取得过小， 响应跟踪不上给定信号
如何实现增益K 的自动调整
T细胞免疫调节机理与单神经元PID控制相结合，形 成一种自动调节增益的免疫单神经元PID（ISNPID）
ACR
* SVPWM 调制
三相 逆变器
iq
id
n 转子位置和转速检测
i d q
ia
i
abc
ib
ic
PMSM
有监督的Hebb学习规则单神经元自适应 PID控制算法
e
+
-
yd
转 换 器
xxx321
www132
u
K
+
对y
象
神经元学习算法
z1
输入值为设定值 yd (k) 、输出 y(k) ，三个状态量 x1(k )、 x2 (k ) 、x3 (k )
r
Te
3 2
pn[ riq
(Ld
Lq
)id iq
]
A
结论：转子磁链恒定不 变,PMSM电磁转矩基本取决 于定子直轴和交轴电流分量, 即控制电流id和iq,就可以实现
对电机电磁转矩的控制。
永磁同步电动机物理模型
直接转矩控制和矢量控制性能比较
性能与特点 磁链控制 转矩控制
坐标变换
转子参数变化 影响
调速范围
速度
给定 *+
-
Fra Baidu bibliotek
TL
控制器1
+
TL
控制器2
-
（并联式结构）
电机1
1
电机2
2
适用范围：受扰较轻、各单元参数或跟随性能相同的系统
2、主从控制
1、具有主令参考式
大功率优点
优点 2、分区单元间距离
不受限制
3、增加了一个回馈
环节，同步效果更好
不足：当启动、停止和负载 扰动时，就会产生较 大的同步误差
速度
（抗原、抗体等）繁殖 的第K代
第K代抗原量浓度
(k)
第K代细胞量浓度B(k)
离散系统第K个采样 时间
第K个采样时刻给定值 与输出值的偏差e(k)
第K个采样时刻控制器 输出u(k)
TS
T细胞免疫调节函数
单神经元增益K的调整
响应初期偏差值较大时，应增 加控制取较大K值 ；接近稳态
时，偏差较小，应减小K值
直接转矩控制
定子磁链
砰-砰控制，有 转矩脉动
静止坐标变换， 较简单 无
矢量控制
转子磁链
连续控制，比较 平滑
旋转坐标变换， 较复杂 有
不够宽
比较宽
基于id=0矢量控制的永磁同步电动 机伺服系统
位置 *
给定 + -
APR n*+
-
i*
ASR q+
i*
-
d =0+
-
u u *
*
q
ACR
dq
u u *
d
控制算法。
免疫调节机理
抗原
抗原Ag
APC
-
TS细胞
TH 细胞
TH (k)
+
TS (k)
B(k)
Ab抗体
免疫反馈机理示意图
APC(抗原呈 递细胞)消化
产生抗体
缓慢活化 TS细胞
抑制TH细 胞和B细胞
信息传递 给T细胞
活化TH细胞， 并释放淋巴因子
活化B 细胞
免疫系统与控制系统的比较
免疫系统
控制系统
速度 *
给定
控制器
-
虚拟主轴模型
+
TL
控制器1
-
速度反馈1
+
TL
控制器2
-
速度反馈2
电机1
1
+
电机2
2 +
4、交叉耦合控制
优点：较好的实现了运动轴 之间的协作，使得整 个系统的动态同步性 能大大改善
不足：保持同步时相对增益 会增大很多，同时也 会带来噪声放大，引 起转矩脉动的问题
速度 *
给定 -
研究对象：四台永磁同步电动机同步运动系统 控制算法：免疫单神经元PID控制 控制结构：偏差耦合控制策略
单个PMSM交流伺服系统 仿真模型建立
四电机同步运动控制系统 偏差耦合控制的可行性 仿真结果分析 免疫单神经元PID控制的有效性
PMSM数学模型
B
q
A'
C
S
B'
d
B
N
C'
A
C
r dq坐标系下的转矩方程
给定
* +
-
TL
控制器1
电机1
1
+
控制器2 TL
-
电机2
2
（串联式结构）
适用范围：对位置或速度的同步要求不是很高的场合
3、电子虚拟主轴控制
1、继承了传统的主 令参考式、主从式的 优点 优势 2、改善了系统起动、 稳态、抗负载扰动等 方面的性能
不足： 缺少位置控制，在启 动、负载扰动、停机 过程中，各轴间会产 生恒定的相对位置差
3
u(k) u(k 1) K wi (k)xi (k)
3 i1
wi (k) wj (k) / wj (k)
j 1
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