【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對照文獻(xiàn)翻譯】PLC變頻調(diào)速的網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)【word英文1937字6頁word中文翻譯3364字5頁】
【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對照文獻(xiàn)翻譯】PLC變頻調(diào)速的網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)【word英文1937字6頁word中文翻譯3364字5頁】,機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對照文獻(xiàn)翻譯,word英文1937字6頁,word中文翻譯3364字5頁,機(jī)械類,畢業(yè)論文,中英文,對照,對比,比照,文獻(xiàn),翻譯,plc,變頻,調(diào)速,網(wǎng)絡(luò),反饋,系統(tǒng),實(shí)現(xiàn),word
中文譯文
PLC變頻調(diào)速的網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
摘要。變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個異步電動機(jī)和通用逆變器、且PLC控制被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。然而,對多變量、非線性和強(qiáng)耦合的異步電機(jī)的控制性能卻不足,不能很好地滿足客戶的調(diào)速要求。該數(shù)學(xué)模型的變頻調(diào)速系統(tǒng)提出了矢量控制方式,其可逆轉(zhuǎn)性得到證實(shí)。通過構(gòu)建一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆系統(tǒng),并結(jié)合變頻調(diào)速系統(tǒng),pseudo-linear系統(tǒng)被完成了,并且為了得到性能優(yōu)良的系統(tǒng)采用了一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器。采用PLC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)在實(shí)際系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能得到了很大的提高，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋控制的可行性得到了驗(yàn)證。
1. 導(dǎo)論
近年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論,逐漸涉及到交流電機(jī)系統(tǒng),這些技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變頻器調(diào)速的AC馬達(dá)。變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個異步電動機(jī)和通用逆變器，用來代替直流調(diào)速系統(tǒng)。由于在工業(yè)領(lǐng)域中的糟糕的環(huán)境和嚴(yán)重的干擾,選擇控制器是一個十分重要的問題。在文獻(xiàn)[1][2][3],介紹了利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋控制。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢有較高的計(jì)算速度，龐大的記憶能力以及與其他軟件良好的兼容性等。但是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用上也有一些不足，比如運(yùn)行不穩(wěn)定,不可靠及更惡劣的通信能力。可編程序控制器(PLC)控制系統(tǒng)是專為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,它的穩(wěn)定性和可靠性好。PLC控制系統(tǒng),可以很容易地集成到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)并得到高性能的通信結(jié)構(gòu),所以它在近年來被廣泛地使用,并且深受歡迎。該系統(tǒng)由普通的逆變器和異步電機(jī)組成，是一種復(fù)雜的非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)的PID控制策略,并不能滿足要求和進(jìn)一步控制。因此,如何加強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能是非常迫切的事情。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)[4][5], 在未來幾年里將是一種新型的控制方法。其基本的想法是:對于一個給定的系統(tǒng),原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)是由一個動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引起的,對象信號和反饋信號的組合系統(tǒng)被轉(zhuǎn)化成一種線性關(guān)系的解耦標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。隨后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)可以達(dá)到較高的控制性能。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在工程上很容易實(shí)現(xiàn)。在線性化及其解耦控制正常的非線性系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)采用這種方法。
把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋結(jié)合到可編程序控制器(PLC)上就可以很容易地彌補(bǔ)不足的問題，解決在PLC控制系統(tǒng)上的非線性耦合。這個組合可以促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋付諸實(shí)踐，來實(shí)現(xiàn)其全部的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
在這篇文章中，首先對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋方法進(jìn)行了介紹,并且描述了采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。然后是對反饋系統(tǒng)進(jìn)行分析的的介紹,并給出了關(guān)于PLC控制系統(tǒng)中構(gòu)造NN-反饋系統(tǒng)的方法和步驟。最后,該方法在實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證,并將傳統(tǒng)的PI控制和NN-反饋控制進(jìn)行了對比。
2. 神經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)控制方法
基本的反饋控制方法[6]就是:對于一個給定的系統(tǒng)、一種α-th由反饋方法建立的完整的反饋系統(tǒng),并結(jié)合反饋系統(tǒng)與原系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了一種解耦的線性關(guān)系,以標(biāo)準(zhǔn)化體系,并命名為偽線性系統(tǒng)。隨后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)行并將達(dá)到較高的控制性能。
當(dāng)在“幾何領(lǐng)域”討論這些問題時，反饋系統(tǒng)控制方法并不像微分幾何方法，其特點(diǎn)是直接，簡單，易于理解。主要的問題是怎樣在應(yīng)用軟件中獲得反饋模型。由于非線性系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),所以很難要求嚴(yán)格解析反饋信號,這甚至是不可能的。反饋系統(tǒng)控制在工程應(yīng)用中不能達(dá)到期望值。作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性逼近能力,尤其是對于非線性的復(fù)雜系統(tǒng),它會是來解決問題的強(qiáng)大工具。反饋系統(tǒng)集成了具有非線性逼近能力的反饋系統(tǒng)，其中具有非線性逼近能力的反饋系統(tǒng)能夠避免使用反饋方法帶來的麻煩。這樣就可能，運(yùn)用反饋控制方法去控制一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。a ? th NN 反饋系統(tǒng)的控制方法只需要較少的系統(tǒng)信息，比如與系統(tǒng)相關(guān)的命令，并且容易獲得運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的反饋模型。原系統(tǒng)的層疊式的 NN反饋系統(tǒng),會形成一個偽線性系統(tǒng)。然后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)器將工作。
3. 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和它的反饋性能
異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)提供的跟蹤電流正弦脈寬調(diào)制逆變器可以表示為非線性模型在兩相循環(huán)的協(xié)調(diào)。該模型簡化為一個3-order非線性模型。如果忽略逆變器的延遲,該模型表述如下:
（1）
（表示同步角頻率；表示轉(zhuǎn)速；
表示定子的電流；表示轉(zhuǎn)子在（qd）軸線上的不穩(wěn)定部分；
表示點(diǎn)的數(shù)量；表示互感系數(shù)；表示慣性轉(zhuǎn)矩；
表示轉(zhuǎn)子的時間常數(shù)；表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩。）
用矢量模式,得
代進(jìn)公式(1),得
（2）
可逆轉(zhuǎn)性分析(2),得
（3） （4）
可供選擇的狀態(tài)變量如下
輸入變量
由公式(4)得出結(jié)果,得
（5）
（6）
然后雅可比矩陣
（7）
（8）
作為 所以并且系統(tǒng)是可逆的。
相關(guān)的系統(tǒng)是
當(dāng)變頻器運(yùn)行模式的變化,在矢量磁鏈的可以忽略的磁鏈(考慮到是恒定,等于等級)。原系統(tǒng)簡化為一個輸入和輸出系統(tǒng)訂立的(2)。
根據(jù)隱函數(shù)定理，公式(3)的反饋系統(tǒng)可以表達(dá)為:
（9）
當(dāng)反饋系統(tǒng)連續(xù)連接到原系統(tǒng)時，偽線性復(fù)合系統(tǒng)形成類型。
4. 網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)步驟
4.1 輸入與輸出的運(yùn)行樣本的采集
采樣對網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的建立是極其重要的。它不僅需要獲得原系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù),還需要獲得了靜態(tài)的數(shù)據(jù)。參考信號應(yīng)該包括原始系統(tǒng)所有的工作范圍,并確保近似。信號的欲處理的第一階段是從每0HZ到50HZ中得到10HZ，并得到開環(huán)響應(yīng)。第二階段是混亂信號的輸入，當(dāng)每10秒鐘出現(xiàn)預(yù)處理信號時，隨機(jī)信號輸入,并得到閉環(huán)響應(yīng)?；谶@些輸入,將得到1600組得到運(yùn)行樣本。
4.2 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完美組合將能構(gòu)建一個反饋系統(tǒng)。靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由2個輸入層的神經(jīng)元，3個輸出層的神經(jīng)元和12個隱蔽層的神經(jīng)元組成。隱藏神經(jīng)元的激勵函數(shù)是單調(diào)平滑雙曲正切函數(shù)。輸出層是由線性臨界激勵函數(shù)的神經(jīng)元組成。運(yùn)行數(shù)據(jù)是這些速度的開環(huán)，閉環(huán)的相對應(yīng)速度和設(shè)置的參考的速度。50次運(yùn)行之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行錯誤達(dá)到0.001。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷和臨界值被保存下來。并得到原系統(tǒng)的反饋模型。
5. 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果
5.1 系統(tǒng)硬件
硬件系統(tǒng)包括上層監(jiān)督計(jì)算機(jī)安裝，控制結(jié)構(gòu)軟件WinCC6.0,西門子S7-300PLC，變頻器，異步電動機(jī)和光電編碼器。
選擇S7-315-2DP PLC控制器,它有一個PROFIBUS-DP接口和一個MPI接口。高速采集模塊是FM350-1。WinCC用MPI協(xié)議被CP5611貫穿到S7-300。
這個逆變器的類型是西門子的MMV。西門子的PLC能兼容美國的協(xié)議。在這個系統(tǒng)上ACB15模塊被增加在逆變器上。
5.2 軟件編程
5.2.1 通信介紹
MPI(多點(diǎn)接口)是一種簡單、便宜的通訊策略，運(yùn)用在運(yùn)行慢，非大型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的場合。在WinCC與PLC之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不是很大,所以選擇MPI協(xié)議。
MMV變頻器作為從動裝置連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),并安裝到CB15 PROFIBUS模塊上。PPO1或PPO3的數(shù)據(jù)類型可供選擇。它允許控制信號直接發(fā)送到變頻地址,或者使用STEP7V5.2 SFC14/15的系統(tǒng)功能模塊。
OPC能有效的提供完整的數(shù)據(jù)和通信能力。不同類型的服務(wù)器和客戶機(jī)可以存取彼此的數(shù)據(jù)來源。比較傳統(tǒng)的軟件模式和硬件發(fā)展,設(shè)備生產(chǎn)商只需要培養(yǎng)一個操作員。這樣可以縮短開發(fā)周期,節(jié)省人力資源,并簡化了整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
矩陣實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要系統(tǒng)各種各樣數(shù)據(jù)的時候，這些數(shù)據(jù)不能從PLC或WinCC直接讀取。所以O(shè)PC技術(shù)可以用來獲得在WinCC和Exce之中所需的數(shù)據(jù)。設(shè)置WinCC作為OPC DA的服務(wù)器,一個OPC客戶將被很好的建立關(guān)于VBA。系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)被WinCC讀取并寫到Excel上,然后Excel上的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到矩陣實(shí)驗(yàn)室為在離線運(yùn)行時獲得原系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)。
5.2.2控制程序
通常用STEP7 V5.2的標(biāo)準(zhǔn)模板庫來對通訊，數(shù)據(jù)采集和控制算法進(jìn)行編程，速度采樣程序和存儲程序被編程為有規(guī)律的中斷程序A，中斷周期為100毫秒。為了阻止程序A運(yùn)行時間超過100毫秒，減小程序的運(yùn)行周期和系統(tǒng)錯誤，控制步驟和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法被編程為主程序B。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法標(biāo)準(zhǔn)化對運(yùn)行采樣來說是必要的以便加快信號收集速度，在最終運(yùn)行之前輸入和輸出信號乘以一個放大系數(shù)。
5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
當(dāng)速度參照是100秒每周期的方波信號時,逆變器運(yùn)行的是矢量模式。結(jié)果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的跟蹤性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)PI控制。
當(dāng)速度參照保持恒定時,經(jīng)過80秒時間，負(fù)荷降低到?jīng)]有負(fù)荷,經(jīng)過120秒時間,負(fù)荷增加到滿負(fù)荷，所以在傳統(tǒng)控制下的速度響應(yīng)曲線和網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)曲線如下圖所示。很明顯,在穩(wěn)定性能上，網(wǎng)絡(luò)反饋控制的負(fù)載擾動優(yōu)于傳統(tǒng)的PI控制的負(fù)載擾動。
（PI控制下的速度響應(yīng)） （網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)）
6. 結(jié)論
為了改善PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)被使用。并給出了一個變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,且其可逆轉(zhuǎn)性得到了檢驗(yàn)。反饋系統(tǒng)和原系統(tǒng)被組合并構(gòu)建成偽線性系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了線性控制的方法進(jìn)行控制。通過實(shí)驗(yàn),PLC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中具有有效性和可行性的到了驗(yàn)證。
收藏