介紹了由PLC控制實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制器。實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)對(duì)于提高控制精度是行之有效的，具有在調(diào)速系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的價(jià)值。
1 引言
本系統(tǒng)是針對(duì)制氧機(jī)廠W160型落地鏜床X、Y、Z3個(gè)進(jìn)給最高轉(zhuǎn)速為3 000r/min，最低轉(zhuǎn)速≤30r／min的直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)無(wú)靜差S=0、調(diào)速范圍D≥1 000；動(dòng)態(tài)電流超調(diào)量σι／％≤5％、速度超調(diào)量σn％≤10％無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。直流可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，需要兩級(jí)PID控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，但要實(shí)現(xiàn)如此高精度的調(diào)速，單純采用常規(guī)的PID控制器，很難達(dá)到系統(tǒng)的要求。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展，將應(yīng)用最廣泛的PID控制器與具有自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，已成為智能控制的一個(gè)新方向，并在這一方面取得了一些研究成果 [2，3]。其中由單神經(jīng)元構(gòu)成的PID自適應(yīng)控制器，是將PID控制規(guī)律融進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制規(guī)律的本質(zhì)結(jié)合，共同完成PID白適應(yīng)調(diào)節(jié)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1—1所示，它是由比例、積分、微分2個(gè)單元組成的一種動(dòng)態(tài)前向網(wǎng)絡(luò)，各層神經(jīng)元個(gè)數(shù)、連接方式、連接權(quán)值是按PID控制規(guī)律的基本原則和已有的經(jīng)驗(yàn)確定的，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和快速收斂。文中用PLC實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制，并應(yīng)用于直流邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的控制精度達(dá)到了只有理論上才能實(shí)現(xiàn)的無(wú)靜差。
2 PLC控制系統(tǒng)的組成
根據(jù)W160型落地鏜床直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)的要求，考慮到該設(shè)備的控制設(shè)備、器件數(shù)量多、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠提出的更高要求，采用高可靠性的PLC作為控制核心，以
晶閘管為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流調(diào)速控制系統(tǒng)，取代原設(shè)備的交流電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)一直流電動(dòng)機(jī)龐大的調(diào)速系統(tǒng)。PLC實(shí)現(xiàn)的調(diào)速系統(tǒng)如圖2—1所示。系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖2—2所示。其中PLC實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制器與邏輯無(wú)環(huán)流雙閉環(huán)的控制部分，長(zhǎng)劃線一點(diǎn)一點(diǎn)虛線框內(nèi)為(V--M)三相橋式晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，GT為V--M系統(tǒng)的晶閘管觸發(fā)電路，它由硬件實(shí)現(xiàn)。短劃線虛線框內(nèi)為換向軟開關(guān)，由PLC軟件實(shí)現(xiàn)。
該系統(tǒng)為速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，也就是說PLC對(duì)這3個(gè)模擬輸入信號(hào)分別進(jìn)行速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器相串聯(lián)的兩級(jí)PID運(yùn)算，向晶閘管的觸發(fā)電路給出移相電壓信號(hào)。所以，系統(tǒng)跟隨的快速性及控制精度關(guān)鍵取決于
PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)精度。采用單神經(jīng)元組成的PID自適應(yīng)控制器，既有傳統(tǒng)PID控制器的優(yōu)點(diǎn)，又有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)記憶功能，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，所以它更適合于控制系統(tǒng)。
3PID自適應(yīng)控制器
常規(guī)PID控制算法為：
式（3-2）中T為采樣周期，Kp是比例系數(shù)，K1=Kp=TI是積分比例系數(shù)，KD＝KPTD是微分比例系數(shù)。
根據(jù)上式，組成由兩層線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的控制器，如圖1—1所示。
以梯度法可得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系數(shù)修正式：
其中r為系統(tǒng)給定值，Y為系統(tǒng)輸出值，Lr為學(xué)習(xí)步長(zhǎng)：0＜Lr＜1
對(duì)于Wi的初值及學(xué)習(xí)步長(zhǎng)，它不僅關(guān)系到是否達(dá)到全局最小點(diǎn)，而且也影響學(xué)習(xí)時(shí)間的長(zhǎng)短［4］。對(duì)于該文所針對(duì)的高精度、快響應(yīng)系統(tǒng)尤為重要。
4基于PLC的自適應(yīng)控制方法
在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和限流的必要性，電流內(nèi)環(huán)仍然采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，而轉(zhuǎn)速環(huán)則采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制器，以提高系統(tǒng)的魯棒性。這兩級(jí)相串聯(lián)的PID運(yùn)算都由PLC實(shí)現(xiàn)，把這一運(yùn)算環(huán)節(jié)作為中斷程序來(lái)處理。PLC的PID自適應(yīng)控制中斷處理子程序流程如圖4—1所示。
根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能以及PLC順序執(zhí)行程序的特點(diǎn)，編寫PLC的程序。
選用西門子公司S7—200系列的PLC進(jìn)行系統(tǒng)配置。根據(jù)邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的要求，PLC主要實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)串聯(lián)PID自適應(yīng)調(diào)節(jié)及邏輯換向。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)保護(hù)功能和系統(tǒng)顯示功能。
5結(jié)束語(yǔ)
用PLC實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制器應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)，控制精度高，而且經(jīng)濟(jì)可靠、抗干擾能力強(qiáng)，在允許負(fù)載、電樞電阻和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的范圍內(nèi)，都能保持響應(yīng)的快速性以及無(wú)靜差、無(wú)超調(diào)的優(yōu)良性能。它特別適用于機(jī)床控制系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速部分，同時(shí)也可利用PLC順序控制的應(yīng)用特點(diǎn)，替代其余的繼電器控制部分，這樣可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于維護(hù)。
