1、毕业设计（ 外文翻译 ） -1- 外文翻译 院 系 专 业 自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 负责教师 毕业设计（ 外文翻译 ） -2- 直流电机的预测串级调速 亚历山大 摩尔 摘要 ： 本文 介绍了一种应用于定位 系统电力驱动的预测串级调速 控制 。 两个串级调速系统 速度 环 和位移环 的目标函数选择方法用来实现 双环 的动力分离。这个方法应用于机器 手关节执行器里面的直流电机 。大量的模拟实验被用来证明预测串级调速系统的工作情况。 关键词： 预测控制 ，串级调速，电力驱动，直流电机。 1.引言 电 力 驱动被认为是改善工作效率的重要指标，在工业生产扮演着重要角色。 为了提高电力驱
2、动的工作效率，控制方法要适应日益复杂的系统和日益严格的生产力要求是非常必要的 ，其中包括速度，精度和可靠性。 大多数伺服电机 的驱动应用的串级调速系统是控制速度 环和 位移 环 的经典 PID控制。要提高工作效率，运用高级控制技术是必要的。根据这个特点， 可以明确知道将来轨迹运行情况的预测控制是一个适应性良好的控制策略。 近几年，一些预测运动控制的应用 在 1， 2和 3中 被阐述 。 在本文中， 一个可选的预测串级调速 将控制 伺服系统的 速度位移 。 包含 两个预测偏差 加权的多项式 P 和 M 的目标函数 是 UPC（单一预测控制）算法的设计基础，用来服务于 双 环控制。通过目标函数最小
3、化，可以用定义 P 和 M 的方法来定义预期的闭环传递函数。 运用以上方法，闭环系统的预期 速度是可调的。 这种控制手段还用于调节在机器手关节执行器里面直流电机的位移。 最后，一个模拟实验证明了工作效率的提高。 2. 预测串级调速 一个 串级调速系统控制电机驱动的两个变量（速度与位移）是必要的 ，对于定 义内环和外环的模型也是必要的。 双环的 UPC 算法早在 4中将单一标准函数最小化 时就有应用。 这种结构的 优点在于双环的运行情况一目了然 ，而且可以用极点配置 的方法来定义。 毕业设计（ 外文翻译 ） -3- 2.1 UPC 算法 大多数 单输入单输出系统运算方式为取特殊点进行线性化，通过
4、 ARX 模型公 式可以得出结论，公式如下： (1) u(k)和 y(k)分别 表示 系统的控制量和输出量， e(k)是附加项，表示噪波干扰 。 A 和 B 分别表示两个多项式。 多层目标函数 最小化的控制理论组成了 UPC 算法： (2) 现在假设 (3) y (k+i)是 i-步进预测系统输出数据到时间 t=KT 的函数（ T-采样时间） ； Hs 和 Hp 分 别表示预测的最小值和最大值， Hc 表示控制范围， w(k+i)是预设值或称为参考轨迹 ， P 是一个包含 q 1 的多项式， M 等同 于 P(1)。这种情况下，可以求出预设值。 添加一 条参考轨迹 有助于定义闭环响应的预期状态
5、，通过定义标准函数 (2)中的 P 和 M 则可 以实现这种状态。 是一个权值。 预测控制的目的就是 计算按照控制顺序执行的函数 u(k)， u(k+1)， ， u(k+ Hc -1)。 计算方法是 找到 最理想的 y (k+i)和 w(k+i)构成 i-步进预测系统。 若要构成系统，还需 要将影响控制规则多项式的目标函数 J 最小化。 (4) 而多项式 R， T 和 S 的表达式已在 4中给出。 知道公式 (1)和公式 (4)就可以归纳闭环传递函数为： y(k)=)()()()()()()(11111111qSqBqqRqAHkwqTqBq p (5) 2.2 串级结构设计 串级结构设计包括由快速响应的内环构成的控制环动力分离。 它们可能由目标 函数 J 中适当选取的多项式 P(q 1 )和数量级 M 组成。 这样， P 可以由二次连续的轨 迹函数转变成一次离散的轨迹函数。
