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運(yùn)動(dòng)控制器范文第1篇

本文設(shè)計(jì)的基于以太網(wǎng)的超聲檢測(cè)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是在復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)之上結(jié)合了遠(yuǎn)程通信技術(shù)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲檢測(cè)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。此系統(tǒng)主要由上位機(jī)、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械執(zhí)行裝置、限位開(kāi)關(guān)和超聲探頭等組成，其組成框圖如圖1所示。由上位機(jī)LabVIEW控制系統(tǒng)為多軸運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，并由多軸運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)信號(hào)拆分為步進(jìn)信號(hào)和方向信號(hào)，再將這兩種電機(jī)控制信號(hào)發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將其轉(zhuǎn)化為角位移發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)個(gè)步距角，以達(dá)到使步進(jìn)電機(jī)按指令運(yùn)動(dòng)的目的。步進(jìn)電機(jī)上安裝有機(jī)械執(zhí)行裝置，用以固定超聲探頭，機(jī)械執(zhí)行裝置上安有限位開(kāi)關(guān)，以此控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)范圍，當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到限位開(kāi)關(guān)的位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)發(fā)出限位信號(hào)到多軸運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器便停止發(fā)出使電機(jī)運(yùn)動(dòng)的脈沖信號(hào)。在進(jìn)行自動(dòng)超聲檢測(cè)時(shí)，Z軸方向機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)上固定的超聲檢測(cè)探頭能夠在被檢測(cè)物體的表面按照上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，并實(shí)時(shí)向PC機(jī)返回探頭的位置信息，并將數(shù)據(jù)采集卡采集的超聲信號(hào)與探頭返回的位置信息建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終通過(guò)上位機(jī)的圖像處理系統(tǒng)形成超聲檢測(cè)圖像，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的超聲檢測(cè)。

2多軸運(yùn)動(dòng)控制器的方案設(shè)計(jì)

多軸運(yùn)動(dòng)控制器可以通過(guò)遠(yuǎn)程以太網(wǎng)通信的方式接收上位機(jī)的控制信號(hào)，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)和方向信號(hào)以完成對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。采用ARM9處理器S3C2440搭建硬件平臺(tái)，配有DM9000A以太網(wǎng)通信芯片使硬件平臺(tái)具備遠(yuǎn)程通信的功能。在Linux操作平臺(tái)上進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)，并采用UDP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器之間的遠(yuǎn)程通信［3］。

2．1多軸運(yùn)動(dòng)控制器硬件電路設(shè)計(jì)

本文采用ARM9處理器S3C2440設(shè)計(jì)了系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器的硬件電路部分，并采用DM9000A網(wǎng)絡(luò)接口控制器設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制器的以太網(wǎng)接口。運(yùn)動(dòng)控制器硬件整體框圖如圖2所示。運(yùn)動(dòng)控制器選用ARM9處理器作為運(yùn)動(dòng)控制器的核心芯片可以方便地嵌套Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)之上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器的插補(bǔ)等多軸運(yùn)動(dòng)控制算法。選用DM9000A以太網(wǎng)控制芯片實(shí)現(xiàn)上位機(jī)LabVIEW與運(yùn)動(dòng)控制器之間的遠(yuǎn)程通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超聲檢測(cè)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。為了解決步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主控芯片信號(hào)匹配的問(wèn)題，本文采用光耦器件設(shè)計(jì)了電壓轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)把主控芯片輸出的3．3V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換至5V電壓信號(hào)后輸入到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，同時(shí)負(fù)責(zé)把限位開(kāi)關(guān)發(fā)出的24V限位信號(hào)轉(zhuǎn)換至3．3V輸入到主控芯片中。此外，電路中還搭載了用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展存儲(chǔ)器、以及用于調(diào)試的JTAG接口電路和RS232串口電路。

2．2多軸運(yùn)動(dòng)控制器軟件設(shè)計(jì)

本課題所用的限位開(kāi)關(guān)為位置可調(diào)的限位開(kāi)關(guān)，每個(gè)軸有2個(gè)限位開(kāi)關(guān)，在每次超聲檢測(cè)前，把每個(gè)限位開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)到被測(cè)工件的邊緣處，從而使探頭移動(dòng)的范圍即為工件所在范圍。故此設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制器的軟件時(shí)便可將限位開(kāi)關(guān)做為邊界條件，以此來(lái)設(shè)計(jì)探頭的運(yùn)動(dòng)范圍。其運(yùn)動(dòng)控制流程:首先系統(tǒng)初始化，通過(guò)上微機(jī)控制界面人工控制探頭到被測(cè)工件的起點(diǎn)，然后X軸正向運(yùn)動(dòng)到X軸限位開(kāi)關(guān)處，Y軸正向運(yùn)動(dòng)一個(gè)探頭直徑的長(zhǎng)度，X軸再反向運(yùn)動(dòng)到X軸另一側(cè)的限位開(kāi)關(guān)處，之后Y軸繼續(xù)正向運(yùn)動(dòng)一個(gè)探頭直徑的長(zhǎng)度，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)直至探頭到達(dá)Y軸的限位開(kāi)關(guān)處，檢測(cè)結(jié)束，探頭復(fù)位。運(yùn)動(dòng)控制軟件流程圖如圖3所示。

3多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

基于以太網(wǎng)的自動(dòng)超聲檢測(cè)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件是以LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ)，使用圖形G語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的，主要包括多軸運(yùn)動(dòng)控制軟件和以太網(wǎng)通信軟件。Lab-VIEW是一款上位機(jī)軟件，其主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，具有良好的人機(jī)交互界面［4］。LabVIEW軟件中有專(zhuān)門(mén)的UDP通信函數(shù)提供給用戶(hù)使用，用戶(hù)無(wú)需過(guò)多考慮網(wǎng)絡(luò)的底層實(shí)現(xiàn)，就可以直接調(diào)用UDP模塊中已經(jīng)的VI來(lái)完成通信軟件的編寫(xiě)，因此編程者不必了解UDP的細(xì)節(jié)，而采用較少的代碼就可以完成通信任務(wù)，以便快速的編寫(xiě)出具有遠(yuǎn)程通信功能的上位機(jī)控制軟件［5］。上位機(jī)LabVIEW軟件的遠(yuǎn)程通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊相互協(xié)調(diào)配合，共同構(gòu)成了超聲檢測(cè)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件。

3．1運(yùn)動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件部分主要由運(yùn)動(dòng)方式選擇、探頭位置坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)控制等模塊組成，可完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的選擇，運(yùn)動(dòng)參數(shù)、控制指令的設(shè)定以及探頭位置信息讀取等工作。運(yùn)動(dòng)方式選擇模塊可根據(jù)實(shí)際需要完成相對(duì)運(yùn)動(dòng)或是絕對(duì)運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式的選擇，并會(huì)依照選擇的既定運(yùn)動(dòng)模式將X、Y、Z三軸的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)位置坐標(biāo)輸出在相應(yīng)顯示欄中，以便進(jìn)行進(jìn)一步的參數(shù)核對(duì)以及設(shè)定;運(yùn)動(dòng)控制模塊可依照檢測(cè)規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制，包括:設(shè)定相對(duì)原點(diǎn)、運(yùn)行、復(fù)位、以及退出等相關(guān)操作。相對(duì)原點(diǎn)設(shè)定可以將探頭任意當(dāng)前位置設(shè)為新的原點(diǎn)，并以原點(diǎn)作為下一個(gè)運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)，即為探頭位置坐標(biāo)的相對(duì)零點(diǎn)，并將此刻相對(duì)原點(diǎn)的絕對(duì)位置坐標(biāo)值在文本框中顯示出來(lái)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

3．2以太網(wǎng)通信軟件設(shè)計(jì)

以太網(wǎng)通信模塊采用無(wú)連接的UDP通信協(xié)議，通過(guò)定義多軸運(yùn)動(dòng)控制器與上位機(jī)LabVIEW的以太網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信。具體設(shè)計(jì)如下:首先使用“UDPOpenConnection”打開(kāi)UDP鏈接，使用“UDPWrite”節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器端相應(yīng)的端口發(fā)送命令信息，然后使用“UDPRead”節(jié)點(diǎn)讀取服務(wù)器端發(fā)送來(lái)的有效回波數(shù)據(jù)，用于后期處理，最后應(yīng)用“UDPCloseConnection”節(jié)點(diǎn)關(guān)閉連接［6］。以太網(wǎng)通信模塊的程序框圖如圖5所示。

4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)控制軟件和自主研發(fā)的多軸運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成。在上位機(jī)的用戶(hù)控制界面中，首先輸入以太網(wǎng)的IP地址并選擇運(yùn)動(dòng)方式，然后根據(jù)用戶(hù)的檢測(cè)需求設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)距離，點(diǎn)擊運(yùn)行后探頭即按所設(shè)定運(yùn)行。探頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還可以選擇設(shè)定當(dāng)前位置為原點(diǎn)，探頭即按照新的原點(diǎn)重新開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在探頭運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)顯示探頭當(dāng)前所在位置坐標(biāo)。模擬開(kāi)關(guān)發(fā)送選通超聲探頭信號(hào)并發(fā)送脈沖信號(hào)激勵(lì)超聲探頭發(fā)射超聲波，F(xiàn)PGA控制A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)存入雙口RAM，存儲(chǔ)完成后向ARM發(fā)送信號(hào)，ARM接收到采集完成信號(hào)將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)向上位機(jī)發(fā)送。上位機(jī)的LabVIEW用戶(hù)控制界面如圖6所示。

5結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)控制器范文第2篇

關(guān)鍵詞: 伺服驅(qū)動(dòng)器;參數(shù);調(diào)試

0 引言

伺服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器。伺服是跟隨的意思,伺服電機(jī)是指電機(jī)依指令信號(hào)產(chǎn)生位置、速度或轉(zhuǎn)矩的跟隨變化。小型交流伺服電機(jī)一般采用永磁同步電機(jī)作為動(dòng)力源[1]。伺服驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于注塑機(jī)、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。以數(shù)字信號(hào)處理器為控制核心的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流,它可以通過(guò)復(fù)雜的算法,來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,以及智能化。通用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依據(jù)控制信號(hào)模式,分為三種類(lèi)型:位置伺服,速度伺服,轉(zhuǎn)矩伺服[1]。其中最常用的為位置伺服控制。

1 伺服控制的基本原理

隨著控制技術(shù)的日益發(fā)展,對(duì)加工精度和速度響應(yīng)的要求越來(lái)越高。對(duì)CNC發(fā)出的指令是否能快速響應(yīng),是否能適應(yīng)不同的機(jī)械特性,是否能在追求性能的同時(shí)保證伺服控制的穩(wěn)定性,都是需要考慮的問(wèn)題。如圖1所示,反饋控制指的是按照指令、比較、放大、作用、檢出,比較的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行控制。

控制環(huán)是對(duì)輸入指令值與反饋值的差值(偏差),乘以增益再進(jìn)行輸出。整個(gè)控制部分由內(nèi)到外由三個(gè)反饋環(huán)組成(電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)),越是內(nèi)側(cè)的環(huán),對(duì)響應(yīng)性要求越高。如果不遵守該原則,則會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)性變差或產(chǎn)生振動(dòng),由于電流環(huán)廠家出廠時(shí)即保證了充分的響應(yīng)性,因此只需要針對(duì)位置環(huán)及速度環(huán)進(jìn)行調(diào)整。

系統(tǒng)對(duì)伺服的控制如圖2所示,位置環(huán)控制部分根據(jù)系統(tǒng)端提供的脈沖命令,輸出相應(yīng)的模擬電壓[2]。

2 伺服參數(shù)設(shè)置原則

一般說(shuō)來(lái),伺服參數(shù)的調(diào)整涉及到系統(tǒng)端位置環(huán)參數(shù)和伺服端速度環(huán)參數(shù),位置環(huán)參數(shù)包括位置環(huán)增益和位置環(huán)積分時(shí)間常數(shù),速度環(huán)參數(shù)包括速度環(huán)增益和速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)。在參數(shù)設(shè)置時(shí),由于速度環(huán)的響應(yīng)性應(yīng)高于位置環(huán)的響應(yīng)性。如果只提高位置環(huán)增益,而不相應(yīng)地提高速度環(huán)增益,很有可能會(huì)響應(yīng)滯后,反而延長(zhǎng)定位時(shí)間,因此,當(dāng)增大位置環(huán)增益時(shí),首先需提高速度環(huán)增益[3]。

2.1 速度環(huán)增益設(shè)置

速度環(huán)增益是決定速度環(huán)響應(yīng)性的用戶(hù)常數(shù)。在機(jī)械系統(tǒng)不出現(xiàn)振動(dòng)的范圍內(nèi),設(shè)定的值越大,響應(yīng)性越好。

2.2 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)設(shè)置

速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)可以使微小的輸入也能響應(yīng)。由于該積分因素對(duì)于伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)為延遲因素,因此時(shí)間常數(shù)過(guò)大時(shí),會(huì)延長(zhǎng)定位時(shí)間,使響應(yīng)性變差。但當(dāng)速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定過(guò)小,而機(jī)械系統(tǒng)負(fù)載慣量較大時(shí),機(jī)床容易產(chǎn)生振動(dòng)。

2.3 位置環(huán)增益設(shè)置

位置環(huán)增益很大程度上決定了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)性。位置環(huán)增益的設(shè)定值越大,則響應(yīng)性越高,定位時(shí)間越短。為提高響應(yīng)性,應(yīng)增大位置環(huán)增益,但如果僅提高位置環(huán)增益,作為伺服系統(tǒng)整體的響應(yīng),容易產(chǎn)生振動(dòng)(位置環(huán)輸出的某些速度指令產(chǎn)生振動(dòng)),位置環(huán)增益設(shè)定應(yīng)考慮機(jī)械的剛性和固有振動(dòng)頻率。同時(shí),如上所述,在增大位置環(huán)增益提高響應(yīng)性時(shí),還應(yīng)注意相應(yīng)提高速度環(huán)增益。

2.4 位置環(huán)積分時(shí)間常數(shù)設(shè)置

位置環(huán)積分時(shí)間常數(shù)決定位置環(huán)積分控制的響應(yīng)性,值越小,響應(yīng)越快,但是也越容易產(chǎn)生振動(dòng)。所以,在避免振動(dòng)的前提下應(yīng)盡可能減小位置環(huán)積分時(shí)間參數(shù)。

3 伺服參數(shù)設(shè)置實(shí)例

下面以德國(guó)路斯特伺服和電機(jī)為對(duì)象,在電機(jī)空載情況下,通過(guò)路斯特伺服調(diào)試軟件LTi DriveManager,按照?qǐng)D3所示流程,對(duì)伺服各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試,使伺服電機(jī)運(yùn)行達(dá)到較理想的狀態(tài)。

3.1 速度環(huán)調(diào)試

速度環(huán)參數(shù)設(shè)置包括速度環(huán)增益KP與速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)TN。每一組參數(shù)對(duì)應(yīng)一條速度響應(yīng)波形,波形橫坐標(biāo)表示時(shí)間,單位為秒,縱坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)每分鐘。藍(lán)顏色線條表示指令輸出,綠顏色線條表示實(shí)際輸出。KP影響的是響應(yīng)和波形疏密度,TN影響的是響應(yīng)后的精確度,經(jīng)過(guò)輸出波形的反復(fù)對(duì)比,選擇參數(shù)KP=0.006Nm/rpm、TN=45ms較為合適。圖4為KP=0.006Nm/rpm、TN=45ms的輸出波形圖,此波形響應(yīng)快,且穩(wěn)定性好。

3.2 位置環(huán)調(diào)試

速度環(huán)參數(shù)設(shè)好以后,就可以開(kāi)始位置環(huán)參數(shù)的調(diào)試了。位置環(huán)參數(shù)設(shè)置包括位置環(huán)增益KP與位置環(huán)積分時(shí)間常數(shù)TN。位置環(huán)增益可以先設(shè)一個(gè)比較小的值,然后按1/2的倍數(shù)增加,直到位置誤差達(dá)到了最大值(空載)或是機(jī)床振動(dòng)明顯(帶負(fù)載),最后按1/3減小,調(diào)到理想的值(位置誤差小,跟隨快)。每一組參數(shù)對(duì)應(yīng)一幅波形。波形橫坐標(biāo)表示時(shí)間,單位為秒,縱坐標(biāo)左側(cè)表示命令值和實(shí)際執(zhí)行值,右側(cè)表示為命令值和實(shí)際執(zhí)行值之間的差值,單位為脈沖每轉(zhuǎn)。綠顏色線條表示命令輸出,藍(lán)顏色線條描繪實(shí)際位置值,紅顏色線條則顯示了命令值和實(shí)際執(zhí)行值之間的差值。經(jīng)過(guò)波形的比對(duì),選擇參數(shù)KP=15000(1/min)、TN=0.15ms(圖中左上角)較為理想。圖5為KP=15000(1/min)、TN=0.15ms的位置跟隨波形圖,此輸出波形位置跟隨快,誤差小。

4 總結(jié)

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用,伺服電機(jī)的調(diào)試與維護(hù)顯得越來(lái)越重要。本論文通過(guò)對(duì)路斯特伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)反復(fù)調(diào)試研究,積累了伺服調(diào)試的一些具體經(jīng)驗(yàn),掌握了伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)整的基本原則以及必要參數(shù),以及調(diào)整后的效果。伺服調(diào)試是一項(xiàng)實(shí)踐性的工作,需要不斷地在實(shí)踐中總結(jié)調(diào)試的方式方法,以便更好地為機(jī)床生產(chǎn)廠商及用戶(hù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn):

[1]顏嘉男,伺服電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[2]李寅,純軟件開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究及其在加工中心上的應(yīng)用[D].廈門(mén)大學(xué),2009.

運(yùn)動(dòng)控制器范文第3篇

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；NURBS插補(bǔ)算法；實(shí)現(xiàn)路徑

隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在控制質(zhì)量、工作效率、成本等方面表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、速度可調(diào)節(jié)、抗疲 勞的工業(yè)機(jī)器人能夠替代人工完成相應(yīng)的操作（包括完成一些具備高危險(xiǎn)系數(shù)的工作），將機(jī)器人應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中能夠在使生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量得以有效提高的同時(shí)顯著降低人工工作量及生產(chǎn)成本，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要支撐工具，在各行業(yè)中得以廣 泛使用，作為一項(xiàng)重要的機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制已成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能的基礎(chǔ)和重點(diǎn) ，對(duì)機(jī)器人的性能起到直接決定作用，工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中易被多種因素干擾（如電、磁等），對(duì)工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案尤 其是各項(xiàng)產(chǎn)品參數(shù)提出了更高的要求，需確保運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具備高效運(yùn)動(dòng)控制功能及穩(wěn)定的性能，因此本研究主要對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 需求分析

隨著工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人的控制及操作要求不斷提升，工業(yè)機(jī)器人主要由本體、驅(qū)動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)構(gòu)成， 在軌跡空間中工業(yè)機(jī)器人需完成除基本運(yùn)動(dòng)（包括直線、圓弧等）外較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，具備擬人功能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（一種機(jī)械電子裝置 ）作為工業(yè)機(jī)器人的核心構(gòu)成部分集合了多種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、人工智能、電子機(jī)械、傳感器等），通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何造型上NURBS方法因具備較大的優(yōu)勢(shì)而得以在CAD中廣泛應(yīng)用，因此充分運(yùn)用NURB S插補(bǔ)算法實(shí)時(shí)可靠的優(yōu)勢(shì)，在研究了NURBS軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前國(guó)內(nèi) 已有工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大多存在擴(kuò)展性和通用性方面的不足，導(dǎo)致使用方面的局限性，大多只適用于特定的機(jī)器人［1］。本研究 針對(duì)UPR100本體工業(yè)機(jī)器人（6自由度）在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上完成了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，采用模塊化的設(shè)計(jì)原則，通 過(guò)使用DMC運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)主要控制功能，結(jié)合運(yùn)用了抗干擾能力強(qiáng)（防潮、防塵、防振）、穩(wěn)定可擴(kuò)展的工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，基于人工智能裝置的完整機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置（由驅(qū)動(dòng)器、減速器、檢測(cè)元件構(gòu)成）、 控制系統(tǒng)（主要由傳感器和電子計(jì)算機(jī)構(gòu)成，）等構(gòu)成，模仿人類(lèi)手臂動(dòng)作的操作機(jī)主要負(fù)責(zé)完成各類(lèi)實(shí)操作業(yè)（主要由機(jī)座、末端執(zhí)行 器、機(jī)械臂構(gòu)成），驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)責(zé)完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換從而將動(dòng)力提供給操作機(jī)（可采取電力、液壓、氣壓幾種驅(qū)動(dòng)方式）；控制系 統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對(duì)機(jī)器人的檢測(cè)和操作控制過(guò)程以完成規(guī)定的動(dòng)作，包括對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)控制及反饋控制；人工智能系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完 成邏輯判斷、模式識(shí)別及操作等功能（主要由實(shí)現(xiàn)感知功能的傳感系統(tǒng)以及決策、規(guī)劃、專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)成）。本研究構(gòu)建的移動(dòng)控制系統(tǒng)基 于現(xiàn)有6自由度工業(yè)機(jī)器人完成，硬件部分負(fù)責(zé)執(zhí)行軟件部分規(guī)劃的操作，軟件部分主要功能在于完成機(jī)器人程序的解譯、插補(bǔ)運(yùn)算、軌 跡規(guī)劃（包括運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解），驅(qū)動(dòng)機(jī)器人不同關(guān)節(jié)及末端裝置的運(yùn)動(dòng)。2．1設(shè)計(jì)思路機(jī)器人操作的順利完成離不開(kāi)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn) 動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷主要包括集中控制（所有控制功能均通過(guò)一個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)）、主從控制（由主、從CPU構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)變換坐標(biāo) 并生成軌跡、控制機(jī)械手動(dòng)作）、分級(jí)控制（由上級(jí)主控計(jì)算機(jī)和下級(jí)多個(gè)微處理器構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)完成包括坐標(biāo)變換、生成軌跡在內(nèi)的 系統(tǒng)管理以及對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)坐標(biāo)及伺服控制的分管與處理）。應(yīng)用廣泛的機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)過(guò)程提出更高的要求，為適 用不同種類(lèi)機(jī)器人需采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)方式（即將系統(tǒng)劃分成實(shí)現(xiàn)不同子任務(wù)的多個(gè)功能模塊）提高系統(tǒng)的實(shí)用 性和可靠性，多個(gè)機(jī)器人的協(xié)同控制需通過(guò)具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（包括資源共享）；通過(guò)直觀形象的人機(jī)接口及操作界 面提升系統(tǒng)的人機(jī)交互性［2］。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行控制器構(gòu)成，由上位機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人管理和實(shí)時(shí) 監(jiān)控，將位姿指令傳遞至區(qū)域控制器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)計(jì)算，由區(qū)域控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)及軌跡的變換和生成，再由執(zhí)行控制器在 完成機(jī)器人位姿及工作狀態(tài)的檢測(cè)和實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各關(guān)節(jié)伺服運(yùn)動(dòng)的有效控制過(guò)程。2．2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本研究所設(shè)計(jì)的 運(yùn)動(dòng)控制方案分別采用嵌入式ARM工控機(jī)（FreescaleIMX6）和DMC控制卡（Galil公司）作為系統(tǒng)的上位機(jī)和下 位機(jī)，控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件架構(gòu)示意圖針對(duì)6自由度工業(yè)機(jī)器人通過(guò)由DMC運(yùn)動(dòng)控制器提供的API實(shí)現(xiàn)了 在工控機(jī)上根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的功能。ARM工控機(jī)以Cortex核心處理器作為CPU，具備豐富的硬件資源，有效的滿(mǎn)足 了控制系統(tǒng)的需求，工控機(jī)同DMC間采用以太網(wǎng)完成控制命令的接收與發(fā)送，DMC接收到程序命令后會(huì)據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的電機(jī)控制指令 信號(hào)，在經(jīng)伺服放大器放大后完成對(duì)機(jī)器人各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的按要求運(yùn)動(dòng)；工控機(jī)同樣通過(guò)以太網(wǎng)收到各關(guān)節(jié)經(jīng)D MC反饋的位置信號(hào)（通過(guò)相應(yīng)的電機(jī)編碼器），從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控管理，并且使數(shù)控設(shè)備有效滿(mǎn)足精度與性能的要 求［3］。

3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3．1 NURBS插補(bǔ)功能的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)NURBS曲線軌跡，假設(shè)，控制頂點(diǎn)由Pi表示其中i∈［0，n］，同控制頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)因子由wi表示，t表示參數(shù)，k 次B樣條基函數(shù)由Bi，k（t）表示，取n＋k＋1個(gè)節(jié)點(diǎn)值（分別由u0，u1，…，un＋k表示）組成節(jié)點(diǎn)向量通常u0、u1 ，…，uk的取值為0，un、un＋1，…，un＋k的取值為1，定義其在空間中的有理分式如式（1）［3］。（1）NURBS 插補(bǔ)算法通過(guò)插補(bǔ)前的預(yù)處理操作（即確定NURBS的軌跡表達(dá)式）可使插補(bǔ)計(jì)算量顯著降低，進(jìn)而確保了曲線的插補(bǔ)速度及實(shí)時(shí)性， 以給定的Pi、wi及節(jié)點(diǎn)矢量為依據(jù)即可實(shí)現(xiàn)NURBS曲線的唯一確定，NURBS曲線插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)為將到NURBS曲線本身的近 似逼近過(guò)程通過(guò)步長(zhǎng)折線段（屬于一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)）的使用完成，實(shí)現(xiàn)NURBS插補(bǔ)功能需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題為：密化參數(shù)，ΔL和Δ u分別表示進(jìn)給步長(zhǎng)和相應(yīng)的參數(shù)增量，即在完成ΔL由軌跡空間到參數(shù)空間映射的基礎(chǔ)上，完成Δu及新點(diǎn)的參數(shù)坐標(biāo)（表示為ui＋ 1＝ui＋Δu）的求解［4］。計(jì)算軌跡，完成計(jì)算所獲取的坐標(biāo)值到軌跡空間的反向映射及插補(bǔ)軌跡的新坐標(biāo)點(diǎn)（表示為pi＋1＝ p（ui＋1））的獲取。在實(shí)際應(yīng)用中通常采用3次由分段參數(shù)構(gòu)成的NURBS曲線，各段曲線的分子／母的系數(shù)會(huì)參數(shù)u的變化而 改變，對(duì)應(yīng)各段如式（3）［5］。使用Matlab平臺(tái)對(duì)本研究設(shè)計(jì)的插補(bǔ)算法進(jìn)行仿真，控制節(jié)點(diǎn)在（0，1）間，控制頂點(diǎn)共有 50個(gè)，權(quán)值取1，據(jù)此完成3階NURBS曲線的確定，插補(bǔ)參數(shù)設(shè)置為：插補(bǔ)周期為1ms，最大進(jìn)給速度及初始進(jìn)給速度（由fm ax、fs表示）分別為18mm／min和0，加速度上限為2500mm／s2，弓高誤差上限及步長(zhǎng)誤差上限分別為1μm和0． 001，最大法向進(jìn)給加速度及最大加速度分別為0．8g和50000mm／s3，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示，生成的插補(bǔ)點(diǎn)同 規(guī)劃軌跡相吻合［6］。

3．2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在ARM工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)軟件部分，控制軟件系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，如圖4所示。將Linux系統(tǒng)安裝于FreescaleIMX6上（ 版本為ubun－tu）后完成嵌入式Qt的移植，并在ubuntu中移植DMC控制卡的對(duì)應(yīng)庫(kù)，軟件圖形用戶(hù)界面的主框架通過(guò)Q MainWin－dow類(lèi)的使用完成構(gòu)建，各模塊功能則通過(guò)QWidget／Dialog類(lèi)的使用實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Qt實(shí)現(xiàn)各模塊間的 信交流。將各編碼器的值通過(guò)ComandOM（）函數(shù)進(jìn)行讀取后實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的獲取，以供運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和軌跡規(guī)劃；運(yùn)動(dòng)控 制指令通過(guò)DownloadFile（）函數(shù)完成到DMC的下載。文檔中的二字符指令集用于代碼級(jí)別的測(cè)試與簡(jiǎn)單控制。運(yùn)動(dòng)學(xué)分 析模塊通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度同空間中位置和姿態(tài)的相互對(duì)應(yīng)，據(jù)此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的正確運(yùn)行及其目標(biāo) 點(diǎn)情況的檢測(cè)［7］。機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)通過(guò)軌跡規(guī)劃模塊確定所需使用的基本運(yùn)動(dòng)形式（包括直線、圓弧運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)及NURBS軌跡插 補(bǔ)），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自由曲線運(yùn)動(dòng)過(guò)程。（1）機(jī)器人參數(shù)設(shè)置，據(jù)此完成對(duì)決定工業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)D－H參數(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)相關(guān)的 決定對(duì)應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的分頻比／倍頻比的設(shè)置。（2）機(jī)器人軌跡規(guī)劃，DMC運(yùn)動(dòng)控制器可有效解決復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，其所包 含的輪廓模式提供位置－時(shí)間曲線（在1～6軸內(nèi)）的自定義功能，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生軌跡的有效追蹤。在控制系統(tǒng)中，通過(guò) 工控機(jī)提供的算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解和空間運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，并通過(guò)DMC協(xié)調(diào)控制各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，具體流程為：先建立空間軌跡參 數(shù)方程，運(yùn)動(dòng)軌跡空間坐標(biāo)向量（x，y，z）每32ms（運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)周期）計(jì)算獲取，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解末端空間坐標(biāo)即可獲取對(duì) 應(yīng)關(guān)節(jié)變量，據(jù)此計(jì)算得到電機(jī)軸的脈沖量（即各軸的脈沖增量），并記錄到相應(yīng)的軌跡規(guī)劃文本中，軌跡規(guī)劃流程，如圖5所示。接下 來(lái)通過(guò)DMC中的DownloadFile（）函數(shù)的調(diào)用完成軌跡規(guī)劃文本到DMC的下載，在此基礎(chǔ)上調(diào)用Command（）執(zhí) 行命令完成自定義軌跡動(dòng)作。（3）機(jī)器人示教作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了包括MOVJ、NURBS、延時(shí)、數(shù)字運(yùn)算等在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)指令集，將機(jī)器 人末端通過(guò)軸控制按鈕根據(jù)所選擇的合適坐標(biāo)系（以運(yùn)動(dòng)指令及指令參數(shù)為依據(jù)）完成到目標(biāo)位置點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的控制［8］。

運(yùn)動(dòng)控制器范文第4篇

關(guān)鍵詞 旋臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；起重機(jī)；消擺控制

中圖分類(lèi)號(hào)TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2014）122-0207-02

0 引言

迅速地運(yùn)輸荷載到指定位置是起重機(jī)的職能之一，然而其旋臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)卻會(huì)導(dǎo)致荷載產(chǎn)生二維擺角，因此，操作起重機(jī)的工作人員必須具備很強(qiáng)的熟練度，敏捷的行動(dòng)力，以減少荷載在運(yùn)輸過(guò)程中所產(chǎn)生的二維擺角。

旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的主要工作原理有兩個(gè)，一個(gè)是通過(guò)對(duì)繩索長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)荷載的下降以及上升；另一個(gè)是起重機(jī)在工作過(guò)程中，荷載的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和自身旋臂的起伏運(yùn)動(dòng)，對(duì)操作人員而言，前者的操作難度系數(shù)較小，且容易控制，而在后者的操作中，由于要對(duì)荷載運(yùn)動(dòng)進(jìn)行消擺控制，所以，操作難度系數(shù)較大，這就要求操作人員必須具備熟練的機(jī)械操作技術(shù)以及靈敏的行動(dòng)力?？蒲腥藛T為了提高操作人員的工作安全性以及減輕其工作負(fù)擔(dān)，研發(fā)了各式各樣的起重機(jī)控制系統(tǒng)，在現(xiàn)行的研究中，消擺控制的實(shí)現(xiàn)都是依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及旋臂起伏運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。因此，很多研究者為了實(shí)現(xiàn)只利用旋臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)消擺控制，紛紛提出了不同方法，例如因缺乏對(duì)外部環(huán)境干擾的免疫性，而難以在實(shí)際工程中運(yùn)用的開(kāi)環(huán)控制法，即抑制荷載的擺動(dòng)；因無(wú)法掌控外部對(duì)起重機(jī)的干擾而無(wú)法獲得良好控制性能的兩模式切換控制法；因只要仿真結(jié)果而沒(méi)有實(shí)際操作數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。為此，本文明確提出了只依靠旋臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就可抑制荷載的二維擺角的非線性控制器。

1 旋轉(zhuǎn)起重機(jī)模型

1.1 模型顯示

在圖1所示的起重機(jī)模型中，θ1是起重機(jī)旋臂起伏運(yùn)動(dòng)的平面擺角，θ2是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的平面切線擺角，θ3是旋臂運(yùn)動(dòng)的起伏角，θ4是旋轉(zhuǎn)角；L是旋臂長(zhǎng)度，l是懸繩索長(zhǎng)度；X、Y、Z是荷載的三維位置。

1.2 模型特性

模型具有三個(gè)特性，（1）忽視懸繩的扭力，把荷載當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。（2）出來(lái)可以測(cè)量到旋臂的角速度、起伏角以及旋轉(zhuǎn)角，還可以測(cè)量到兩個(gè)方向的角速度和擺角。（3）因?yàn)閮蓚€(gè)擺角都很小，所以sinθ=θ，cosθ≤1（θ=θ1+θ2）成立。因此，可以用以下方程來(lái)表示旋臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即：

2 控制器的設(shè)計(jì)

研究人員通過(guò)對(duì)李雅普諾夫的穩(wěn)定性原理的分析，引出了起重機(jī)控制器，并推算出其控制律。即：

3 仿真實(shí)驗(yàn)

起重機(jī)的目標(biāo)軌道

研究人員為了驗(yàn)證提出的新方法在實(shí)際應(yīng)用中是否有效，將在各工業(yè)場(chǎng)合中被廣泛應(yīng)用的擺線作為起重機(jī)旋轉(zhuǎn)角的軌道，并將其初始位置以及最終位置的加速度設(shè)定為零。

即：

4 結(jié)論

本文闡述了如何只利用旋臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成起重機(jī)的精確定位和抑制荷載的擺動(dòng)。首先，干擾觀測(cè)器能讓起重機(jī)的部分線性模型的關(guān)節(jié)摩擦以及荷載重量等系數(shù)發(fā)生改變；其次，在李雅普諾夫穩(wěn)定性定理的基礎(chǔ)上，提出采用非線性控制器對(duì)起重機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制的設(shè)想；最后，以仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該設(shè)想的有效性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，不管是改變起重機(jī)的起伏角還是旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)參數(shù)，都可以有效控制旋臂旋轉(zhuǎn)以及擺角大小，這一設(shè)想的成立，不僅加強(qiáng)了起重機(jī)在工作中的安全性，還在一定程度上簡(jiǎn)化了其構(gòu)造，降低了制造成本。

參考文獻(xiàn)

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運(yùn)動(dòng)控制器范文第5篇

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；人工智能；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

在經(jīng)濟(jì)合理的條件下為用戶(hù)提供高質(zhì)量的電能是電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的最基本目標(biāo)，因此對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、監(jiān)視和控制一直以來(lái)都是電力企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，特別是各地區(qū)特高壓電網(wǎng)建設(shè)的順利完成，能源管理系統(tǒng)（EMS）運(yùn)行人員面臨著前所未有的壓力，這種情況下很難保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。除此之外還有一個(gè)不容忽略的問(wèn)題就是目前EMS中心的計(jì)算機(jī)軟件主要是以數(shù)據(jù)分析軟件為主，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行中的突發(fā)事件缺乏智能化處理，這一實(shí)際情況使得電力系統(tǒng)運(yùn)行控制完全依靠人工決策，尤其是在事故狀態(tài)中，人工決策對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著決定性作用。為此，將智能技術(shù)引入到電力系統(tǒng)來(lái)推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展具有普遍的現(xiàn)實(shí)意義。

1、人工智能技術(shù)概況

隨著社會(huì)的發(fā)展，各種工程計(jì)算的增多，人腦無(wú)法承擔(dān)越來(lái)越繁重的科學(xué)和工程計(jì)算，計(jì)算機(jī)能夠比人腦更加快速、準(zhǔn)確的計(jì)算出這些數(shù)據(jù)，因此，利用計(jì)算機(jī)形成的人工智能技術(shù)也就隨之應(yīng)運(yùn)而生了。人工智能技術(shù)是于1956年的一次會(huì)議上提出來(lái)的，涉及到計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、哲學(xué)等多個(gè)學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉學(xué)科，和空間技術(shù)、能源技術(shù)并稱(chēng)為世界三大尖端技術(shù)。人工智能研究的主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類(lèi)智能才能完成的復(fù)雜工作，它主要通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能的原理、制造類(lèi)似于人腦智能的計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的應(yīng)用。人工智能不僅局限于邏輯思維，還綜合考慮了形象思維和靈感思維，此外，還可以借助數(shù)學(xué)工具，使數(shù)學(xué)進(jìn)行人工智能的學(xué)科。不同的人工智能技術(shù)具有不同的優(yōu)勢(shì)，例如人工智能建模技術(shù)就具有以下的優(yōu)點(diǎn)：自治性、社會(huì)能力、響應(yīng)性、能動(dòng)性等。在復(fù)雜工程系統(tǒng)中運(yùn)用人工智能建模技術(shù)，可以通過(guò)復(fù)雜系統(tǒng)中的基本元素及其之間的交互的建模和仿真，將復(fù)雜系統(tǒng)的微觀行為和宏觀“涌現(xiàn)”現(xiàn)象有機(jī)的結(jié)合到一起。人工智能建模技術(shù)對(duì)自身狀態(tài)和行為有一定程度的控制能力，在完成建模和仿真任務(wù)時(shí)無(wú)需人為的干預(yù)，具有一定的自治性。人工智能建模技術(shù)能夠理解自身所處的環(huán)境，可以對(duì)周?chē)沫h(huán)境變化作出及時(shí)和快速的響應(yīng)。此外，人工智能建模技術(shù)還可以顯示出有意識(shí)的不失時(shí)機(jī)和目標(biāo)導(dǎo)向的行為表現(xiàn)。

智能控制理論概述智能控制是隨著控制理論的發(fā)展而提出的一項(xiàng)控制技術(shù)，其主要作用是幫助解決傳統(tǒng)控制方法中無(wú)法解決的控制問(wèn)題，對(duì)于那些適應(yīng)性要求高、不確定性和非線性強(qiáng)的控制系統(tǒng)尤為適用。而電力系統(tǒng)就是一個(gè)不確定性和非線性很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含了大量未實(shí)現(xiàn)建模的動(dòng)態(tài)部分，加上其分布地域范圍十分廣，對(duì)其進(jìn)行控制管理是非常困難的。同時(shí)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的調(diào)度控制模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)時(shí)代對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制的要求，傳統(tǒng)電網(wǎng)控制調(diào)度缺少必要的控制技術(shù)和指令設(shè)備，在控制過(guò)程中易出現(xiàn)誤動(dòng)、據(jù)動(dòng)等問(wèn)題，影響了電網(wǎng)運(yùn)行效率。為了解決這些問(wèn)題，電力控制系統(tǒng)中的智能控制就被提了出來(lái)。

2、電氣自動(dòng)化控制中人工智能技術(shù)的應(yīng)用

2.1、人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然科學(xué)技術(shù)在不斷的進(jìn)步，電氣自動(dòng)化控制水平也在不斷的提高，傳統(tǒng)的發(fā)展模式逐步得到改善，但相比于其他行業(yè)，電氣自動(dòng)化控制還需要不斷的引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)。

人工智能技術(shù)的引進(jìn)，把電氣設(shè)備設(shè)計(jì)從手工制圖中解放出來(lái)，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)（例如遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)等），大大提高了設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)的質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期。

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中運(yùn)用人工智能技術(shù)可以對(duì)所有開(kāi)關(guān)量、模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并按要求處理或存儲(chǔ)。人工智能技術(shù)還可以模擬電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，可以實(shí)時(shí)的顯示電流、電壓等實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)及掛牌檢修功能，并自動(dòng)的生成歷史趨勢(shì)圖。此外，還可以對(duì)電氣工程中的主要設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)生故障，立刻報(bào)警。人工智能技術(shù)還可以對(duì)運(yùn)行人員的權(quán)限加以限制，方便各級(jí)運(yùn)行值班的管理。

2.2、模糊邏輯控制技術(shù)

對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的影響在智能技術(shù)的眾多分支中，模糊邏輯控制技術(shù)可以說(shuō)是最簡(jiǎn)單、最容易掌握的一種控制技術(shù)，從應(yīng)用效果和應(yīng)用范圍來(lái)考慮這種技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和優(yōu)越性，目前在家用電器中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用如生活中常見(jiàn)的電風(fēng)扇、電磁爐、電飯煲等都是通過(guò)模糊邏輯控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。而以模糊邏輯控制技術(shù)為基礎(chǔ)的電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有一個(gè)完整、系統(tǒng)的邏輯推理，能夠充分的表達(dá)語(yǔ)言變量，從而實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)邏輯相似的性能。2.5綜合智能控制技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的影響智能技術(shù)是一個(gè)廣泛的概念，到目前為止其已經(jīng)衍生出專(zhuān)家控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等多個(gè)分支，其中每一個(gè)分支都有著自己的優(yōu)勢(shì)和不足之處，而綜合智能控制技術(shù)則是對(duì)這些智能技術(shù)的一種綜合性應(yīng)用。這種控制技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的影響將是全方位的，例如模糊控制技術(shù)只適合處理機(jī)構(gòu)化知識(shí)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在處理非機(jī)構(gòu)化信息上更有優(yōu)勢(shì)，那么通過(guò)綜合智能控制技術(shù)將二者進(jìn)行補(bǔ)充結(jié)合，可以從不同方面來(lái)為電力系統(tǒng)自動(dòng)化提供服務(wù)。筆者認(rèn)為，融合了多種智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)的綜合智能控制技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展所起到的推動(dòng)作用更大，在未來(lái)將成為主要的研究方向。

2.3、線性最優(yōu)控制技術(shù)

最優(yōu)控制是最優(yōu)化理論在系統(tǒng)控制方面的具體應(yīng)用，其原理是在一定條件下，尋找最適合系統(tǒng)的控制策略，以使性能指標(biāo)達(dá)到最大化或最小化。其在電力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用由來(lái)已久，有研究已經(jīng)證明，利用最優(yōu)控制手段能夠提高電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電的輸電能力，并能提高輸電線路的輸電品質(zhì)。但由于其只能對(duì)電力控制系統(tǒng)中的局部線性模型進(jìn)行最優(yōu)策略的選擇，因而控制作用有限，對(duì)于強(qiáng)非線性電力控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制效果并不理想，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中多用于對(duì)電力系統(tǒng)中局部進(jìn)行控制的線性模型中。

2.4、監(jiān)控技術(shù)

監(jiān)控技術(shù)是電力自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的一部分，通過(guò)監(jiān)控，電力控制中心人員能夠?qū)崟r(shí)掌握電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀況。而隨著電力行業(yè)的發(fā)展，智能監(jiān)控技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。智能監(jiān)控技術(shù)能夠?yàn)橛脩?hù)提供數(shù)字化的監(jiān)控界面，并對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)地圖形和數(shù)據(jù)分析，為控制人員提供決策支持。另外，現(xiàn)代智能監(jiān)控系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程遙控界面、實(shí)時(shí)報(bào)警以及遙控閉鎖等功能，使電力自動(dòng)化控制的工作效率得到明顯提高，節(jié)約了電力企業(yè)人力資源，增強(qiáng)了電力生產(chǎn)的安全可靠性，提升了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，適應(yīng)了時(shí)展要求。其智能性主要體現(xiàn)在，當(dāng)對(duì)電力系統(tǒng)中高壓進(jìn)線部分，低壓進(jìn)線部分以及電源切換等部分進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)優(yōu)先使用分布分層式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)各層的溫度變化和運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，智能監(jiān)控還能夠監(jiān)測(cè)到電力系統(tǒng)中多種遙信量信號(hào)，并將這些信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給監(jiān)控中心。

3、結(jié)語(yǔ)

人工智能技術(shù)隨著科技的不斷發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生活和生產(chǎn)當(dāng)中，它作為一種高科技手段，改變著人類(lèi)的產(chǎn)生、生活方式。人工智能代替?zhèn)鹘y(tǒng)智能在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，標(biāo)志著電氣產(chǎn)業(yè)的改革與發(fā)展，有效的降低了電氣自動(dòng)化的投入成本，最大程度的提高了工作效率，推動(dòng)了電氣自動(dòng)化的健康發(fā)展。

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