智能電機系統(tǒng)設計與制造

1、<p>　　智能電機系統(tǒng)設計與制造</p><p>　　摘要：針對現(xiàn)代大型復雜機電系統(tǒng)的性能與運行狀態(tài)是多物理過程和多參數(shù)全局耦合結(jié)果的事實,提出對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析及耦合并行設計的基本思想,探討全局耦合分析與設計的基本理論框架,以期研究復雜機電系統(tǒng)功能、奇異工況的生成機制,實現(xiàn)復雜機電系統(tǒng)全局耦合最優(yōu)設計。 </p><p>　　關鍵詞：復雜機電系統(tǒng)并行設計 <

2、/p><p>　　Abstract：Based on the facts that the performance and running state of large-scale complex electro mechanical systems are of the results of the complete coupling of several physical processes and parame

3、ters, a basic idea of complete coupling analysis and coupling concurrent design for complex electrom mechanical system is proposed in this paper. And the basic theory frame of coupling analysis and design is discussed. W

4、ith this method, one will be able to investigate the performance and to build m</p><p>　　Key word： Complex electro mechanical system concurrent design </p><p>　　中圖分類號：S61文獻標識碼： A 文章編號： </p>

5、;<p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的日趨復雜化，系統(tǒng)不可避免地存在非線性。如大型交流電機系統(tǒng)、紡織過程等，盡管在很多情況下，當我們考慮系統(tǒng)的某些現(xiàn)象時，可以用系統(tǒng)的線性模型來代替系統(tǒng)的非線性模型，然后，對線性模型實施開展Is1[9]0但更多情況下，不可能用系統(tǒng)的簡單線性模型作為該真實系統(tǒng)的替身。在工程技術、自然、社會、經(jīng)濟等眾多情況下，人們必須建立真實系統(tǒng)的非線性模型以代替簡單容易處理的線性模型。非線性系統(tǒng)中可能發(fā)生的現(xiàn)象是十

6、分復雜、十分豐富的。嚴格地說，對非線性系統(tǒng)，目前雖然己經(jīng)歷了百年的研究，認識仍很不充分的。 </p><p>　　針對現(xiàn)代大型復雜機電系統(tǒng)的性能與運行狀態(tài)是多物理過程和多參數(shù)全局耦合結(jié)果的事實,提出對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析及耦合并行設計的基本思想,探討全局耦合分析與設計的基本理論框架,以期研究復雜機電系統(tǒng)功能、奇異工況的生成機制,實現(xiàn)復雜機電系統(tǒng)全局耦合最優(yōu)設計。 </p><p>

7、　　目前常用的串行設計模式、分支與總體組裝式程序,無法反映復雜機電系統(tǒng)的網(wǎng)絡式多重耦合作用與機組工況、功能間的內(nèi)反饋與自組織規(guī)律。優(yōu)良的復雜機電系統(tǒng)的產(chǎn)生和運行,迫切需要基于全局耦合的設計理論與方法。 </p><p>　　基于此,本文在認識復雜機電系統(tǒng)全局耦合事實的基礎上,提出耦合與解耦設計的學術思想,以期能為復雜機電系統(tǒng)的設計、制造與運行提供借鑒,使其具有最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系、高效率、動力穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈敏、參數(shù)精確、抗

8、干擾能力強。 </p><p>　　這一立意得到國家自然科學基金的支持,1999年將“復雜機電系統(tǒng)耦合與解耦設計理論與方法”立為重點項目。 </p><p>　　一、復雜機電系統(tǒng)的耦合事實 </p><p>　　復雜機電系統(tǒng)維數(shù)高,單元數(shù)量大,過程間的耦合錯綜復雜,使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能、行為等方面都與簡單系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。復雜機電系統(tǒng)中電參數(shù)主要來源于驅(qū)動與控制2個子系

9、統(tǒng),通過子系統(tǒng)間的關聯(lián)、集成而與機械系統(tǒng)的力學參數(shù)構(gòu)成機電耦合,從而影響系統(tǒng)的動態(tài)特性和響應特性。 </p><p>　　①驅(qū)動源強電磁場與傳動系統(tǒng)機電耦合 </p><p>　　對于電機驅(qū)動的復雜機電系統(tǒng),電磁場的磁電參數(shù)與傳動系統(tǒng)的力學參數(shù)交互影響,構(gòu)成耦合。這種耦合常表現(xiàn)為2種方式:一是電磁場產(chǎn)生諧波分量,對傳動系統(tǒng)的振動構(gòu)成直接激勵見圖1。這種激勵在電機驅(qū)動的機電設備中普遍存在,并

10、隨電機功率的增大而激勵作用增強。諧波分量的頻率成分由電機的驅(qū)動型式?jīng)Q定,交流電機以50Hz為主,整流驅(qū)動的直流電機的頻率成分由整流裝置決定,如三相全橋整流的頻率分量為50Hz的6、12、18等倍頻。 </p><p>　　圖1驅(qū)動與傳動系統(tǒng)機電耦合示意圖 </p><p>　　功率達數(shù)萬千瓦的軋制機械是這類耦合的典型設備。對某平整機傳動系統(tǒng)扭振和電磁參數(shù)的現(xiàn)場測試表明,大功率整流裝置的諧波

11、分量(300Hz、600Hz等)產(chǎn)生相應頻率的諧波轉(zhuǎn)矩,使傳動系統(tǒng)產(chǎn)生相應頻率的扭振響應。 </p><p>　　另一類耦合是電機的電磁參數(shù)與機械系統(tǒng)的動力參數(shù)構(gòu)成參數(shù)耦合,從而影響整個系統(tǒng)的動力學性能,降低系統(tǒng)穩(wěn)定性,產(chǎn)生參數(shù)激振等自激振動。這種強耦合只有在電機容量大到一定程度后才表現(xiàn)突出,此時電機轉(zhuǎn)子、定子的間隙較大,轉(zhuǎn)子軸心位置的變化影響著電磁場,電磁場的變化又影響轉(zhuǎn)子的運動與振動形態(tài),兩者交互作用。大型發(fā)

12、電機組是具有這種耦合的典型復雜系統(tǒng)。邱家俊等對大型發(fā)電機組中的這類耦合問題已進行深入研究。 </p><p>　?、诳刂葡到y(tǒng)調(diào)控微變量與機械系統(tǒng)主體運動機電耦合 </p><p>　　復雜機電系統(tǒng)中,常以液壓伺服、光電跟蹤、射線、激光等技術對系統(tǒng)工作載荷、運動狀態(tài)、工作精度等系統(tǒng)的主體功能與工藝目標進行多重網(wǎng)絡式控制。控制微變量對于主體運動又是一種干擾,與主體運動的力學參數(shù)構(gòu)成參數(shù)弱耦合,

13、由于計算機控制系統(tǒng)的特點,使得這種弱耦合具有離散變量與連續(xù)變量交互共存的特點,同時控制環(huán)境常受到有色噪聲的干擾,耦合過程常表現(xiàn)為非有理譜密度的隨機動態(tài)過程。 </p><p>　　二、復雜機電系統(tǒng)耦合并行設計 </p><p>　　基于復雜機電系統(tǒng)的全局耦合機理,在并行工程環(huán)境下,構(gòu)造多個智能體模擬各耦合對,通過通信實現(xiàn)耦合參數(shù)間的交互過程,進行復雜機電系統(tǒng)的全局耦合分布式并行設計。其基本

14、模式見圖2。 </p><p>　　圖2耦合并行設計基本模式 </p><p>　　復雜機電系統(tǒng)耦合并行設計的關鍵問題有: </p><p>　?、俨⑿泄こ汰h(huán)境下,代表各耦合對物理過程耦合機制的智能體設計。構(gòu)造多個智能體模擬各耦合對物理過程的耦合機制,以進行分布式并行協(xié)同求解。為此需尋求各耦合參數(shù)所處領域中領域知識的描述組織方法,求解過程的價值評估方法及求解規(guī)則的選

15、取準則。 </p><p>　　②智能體之間交互作用模型及通信模塊設計。多智能體進行并行協(xié)同求解時,各智能體任一時刻推理規(guī)則的選取都是以自身局部狀態(tài)和耦合狀態(tài)為依據(jù)的。為能及時完成智能體之間的信息傳遞,需建立智能體之間耦合信息傳遞模型,并設計通用、標準且具有足夠表達能力的通信語言。 </p><p>　?、蹍f(xié)同求解策略及協(xié)調(diào)算法研究。在系統(tǒng)共同的目標下,設計多智能體協(xié)同求解時共同協(xié)作規(guī)劃的

16、選擇策略,并研究根據(jù)求解進展適時對協(xié)作規(guī)劃進行調(diào)整的算法。 </p><p>　?、芙⒉⑿性O計通用支持平臺。在對耦合機理研究的基礎上,研究并設計適用于復雜機電系統(tǒng)的開放式并行通用軟件支持平臺。 </p><p><b>　　三、結(jié)語 </b></p><p>　　本文分析了復雜機電系統(tǒng)的基本耦合特點,討論了對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析和耦合

17、并行設計的基本思想和框架,對其中的關鍵理論與技術尚屬初步探討,大量的研究工作尚在進行之中。 </p><p>　　發(fā)展以高技術密集為特征的新型復雜機電系統(tǒng),必然要建立在高知識集成的耦合與解耦理論、方法的基礎上,因此本文提出的全局耦合分析與設計思想將有助于推動新型高性能復雜機電設備的產(chǎn)生。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><

18、;p>　　[1]易繼楷.候媛彬，智能控制技術.北京:北京大學出版社,1999 </p><p>　　[2]李人厚.智能控制理論和方法.西安:西安電子科技大學出版社,2000 </p><p>　　[3]邱家俊.機電耦聯(lián)動力系統(tǒng)的非線性振動.北京: 科學出版社,1996 </p><p>　　作者簡介：查俊杰（1991--），男，江蘇鎮(zhèn)江人，南京工業(yè)大學機械與動