加速度仿人智能控制在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的運(yùn)用

摘 要：本文通過(guò)對(duì)一種全新控制體系——仿人智能控制在實(shí)際應(yīng)用中的研討，證實(shí)了這種新型的檢索技術(shù)手段控制方式具有動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換更為平穩(wěn)，仿人智能控制大幅增強(qiáng)等控制效果，值得進(jìn)一步的研究與推廣。

關(guān)鍵詞：仿人智能控制（HSIC）；直流電動(dòng)機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM33；TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 24-0000-01

早在1979年，大學(xué)周其鑒教授等人便首次提出關(guān)于仿人智能控制器原型算法的理論，并在1983年于國(guó)際相關(guān)會(huì)議中正式發(fā)表。經(jīng)過(guò)李祖樞教授等科研工作者二十多年的潛心研究與攻克，終于將之前提出的理論得以實(shí)現(xiàn)并規(guī)劃出了基本的理論體系和較為完善的設(shè)計(jì)方案，并在隨后大量的實(shí)踐應(yīng)用中取得了可喜的成果。HSIC的核心思想是：通過(guò)對(duì)人類(lèi)感官系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)控制對(duì)象的一系列動(dòng)態(tài)特征的認(rèn)知，并通過(guò)人工智能對(duì)其進(jìn)行直覺(jué)推理和啟發(fā)，完成特征辨識(shí)與特征記憶，再根據(jù)不同類(lèi)型特征所預(yù)判出的結(jié)果做出相應(yīng)的控制調(diào)整。仿人智能控制HSIC（Human-simulated Intelligent Control）在具體結(jié)構(gòu)和實(shí)際功能上具有以下基本特征：信息處理和決策機(jī)構(gòu)（高階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）屬于分層遞階形式；具備高效的在線識(shí)別與記憶功能；開(kāi)閉環(huán)控制系統(tǒng)的處理在定性與定量方面實(shí)現(xiàn)多模態(tài)控制；啟發(fā)式的直覺(jué)推理得到進(jìn)一步的提升。

一、對(duì)象分析

在現(xiàn)代工業(yè)中，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用可謂司空見(jiàn)慣，而在相關(guān)控制中伺服與定值控制更被廣泛應(yīng)用于在運(yùn)動(dòng)與過(guò)程控制當(dāng)中。所謂的“智能控制系統(tǒng)”其實(shí)就是“隨動(dòng)系統(tǒng)”，這種控制系統(tǒng)通常被應(yīng)用于控制操作對(duì)象的轉(zhuǎn)角或位移，保證控制對(duì)象可以做到自動(dòng)、連續(xù)且精確地響應(yīng)輸入信息發(fā)出的變化指令。而“定值控制”是為了保證輸出信息可以平穩(wěn)地維持在一個(gè)給定值內(nèi)而催生的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常是通過(guò)閉環(huán)負(fù)反饋來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)因?yàn)榫邆鋾r(shí)變性，非線性，多層次性等復(fù)雜進(jìn)程，所以很難利用一般的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)其輸入輸出關(guān)系做出表達(dá)。直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖如圖1所示，其典型的組成部分包括：控制器，執(zhí)行器，直流電動(dòng)機(jī)以及反饋回路中的傳感檢測(cè)。

二、仿人智能控制器設(shè)計(jì)與仿真

（一）仿人智能控制器原型算法

早在1979年周其鑒、柏建國(guó)等人提出仿人智能控制HSIC（Human-simulated Intelligent Control）的同時(shí)，就點(diǎn)明了以PID為代表的線性調(diào)節(jié)規(guī)律在對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性、快速性三個(gè)問(wèn)題之間的協(xié)調(diào)處理上存在著很大的缺陷；如果采用積分作用來(lái)作為解決誤差的補(bǔ)救措施，勢(shì)必同樣會(huì)增大系統(tǒng)響應(yīng)能力，這便成為另一個(gè)難以攻克的問(wèn)題。而采用現(xiàn)有的非線性控制體系，也只能在一些單一的情況下改善系統(tǒng)的品質(zhì)，使用范圍受到很大的局限。仿人智能控制的基本特征是：①具備更有條理性的分層遞階式信息處理能力和決策機(jī)制；②在線的特征辨識(shí)和特征記憶準(zhǔn)確性更為精準(zhǔn)；③在開(kāi)閉環(huán)控制結(jié)合中定性決策與定量控制實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)控制；④啟發(fā)式和推理邏輯得到了更好的應(yīng)用。

（二）仿人智能控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)仿人智能控制系統(tǒng)的基本運(yùn)作模式，可以將智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劃分為三個(gè)主要層次：①運(yùn)行控制級(jí)設(shè)計(jì)；②參數(shù)校正級(jí)設(shè)計(jì)；③任務(wù)適應(yīng)級(jí)設(shè)計(jì)。基于以上三級(jí)的復(fù)合型設(shè)計(jì)便可以使控制任務(wù)達(dá)到在快速性、穩(wěn)定性和精確性三者兼顧的高效性能指標(biāo)。

對(duì)于一個(gè)完美的控制體系而言，每一個(gè)控制環(huán)節(jié)的性能指標(biāo)（快速性、穩(wěn)定性和精確性）都必須做到最優(yōu)化處理，而不能為了兼顧而選擇折中。但是對(duì)于仿人智能控制而言，就可以通過(guò)自身完美的人工智能模擬系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題，并切合實(shí)際地建立起了具體的設(shè)計(jì)方法。

對(duì)于控制系統(tǒng)而言，無(wú)論是定值控制還是伺服控制，在實(shí)際的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程總會(huì)在 空間中標(biāo)記出一條軌跡，相應(yīng)的品質(zhì)良好的控制系統(tǒng)所繪制出的軌跡便較為理想。而如果拿這條動(dòng)態(tài)軌跡作為參照目標(biāo)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)軌跡上的每一點(diǎn)其實(shí)都可以被當(dāng)作控制過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)的瞬態(tài)指標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為無(wú)純滯后系統(tǒng)，考慮到動(dòng)態(tài)軌跡在 相平面上的投影，相關(guān)設(shè)計(jì)便可以在 相平面上進(jìn)行等量處理。

圖2中曲線（a）+（b）表示了一個(gè)較為理想的定值控制過(guò)程；曲線（b）則為一個(gè)理想的伺服控制過(guò)程。若是拿這樣的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)做設(shè)計(jì)智能控制器的目標(biāo)，那么理論情況下控制器就會(huì)迫使控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性在該軌跡上做出滑動(dòng)。但在實(shí)際情況中由于控制對(duì)象具有很大的不確定性，所以實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡只可能是處在理想曲線附近的波動(dòng)區(qū)間內(nèi)。因此，設(shè)計(jì)任務(wù)就變成了根據(jù)這條波動(dòng)區(qū)間，在誤差相平面的相應(yīng)位置劃分出控制與決策模態(tài)。

三、結(jié)束語(yǔ)

仿人智能控制HSIC（Human-simulated Intelligent Control）因其優(yōu)異的性能表現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的處理。是未來(lái)直流電機(jī)發(fā)展的全新方向。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：何武林（1985-），男，錫伯族，電氣工程系助理講師。