摘 要: 綜合現(xiàn)有方法的研究思想，設(shè)計一種新的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法。首先對船舶步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行仿真，構(gòu)建船舶步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。接著對船舶步進(jìn)電機(jī)實施系統(tǒng)辨識，在系統(tǒng)辨識中需要對辨識數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取并對其進(jìn)行預(yù)處理，然后通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)辨識。最后根據(jù)系統(tǒng)辨識結(jié)果設(shè)計船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制器，實現(xiàn)船舶步進(jìn)電機(jī)的位置精度優(yōu)化控制。對船舶步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行仿真，對設(shè)計方法進(jìn)行仿真實驗測試。測試結(jié)果表明，設(shè)計方法下的運(yùn)行響應(yīng)時間最低可達(dá) 6.35 ms，在負(fù)載擾動時間不斷增加的情況下，設(shè)計方法的調(diào)節(jié)時間最短且增長更加穩(wěn)定。說明設(shè)計方法較為優(yōu)越，有很強(qiáng)的實用性。

　　關(guān)鍵詞：船舶步進(jìn)電機(jī);辨識數(shù)據(jù);位置精度優(yōu)化控制;磁網(wǎng)絡(luò)仿真模型;偽隨機(jī)信號

　　Abstract: Based on the research ideas of the existing methods, a new method of optimal control of the position accuracy of the ship's stepper motor is designed. Firstly, the ship stepper motor is simulated, and the mathematical model of the ship stepper motor is constructed. Then the system identification is implemented for the ship stepping motor. In the system identification, the identification data needs to be obtained and preprocessed, and then the system identification is carried ou through the neural network. Finally, according to the system identification results, the position accuracy optimization control-ler of the ship stepping motor is desjgned to realize the optimization control of the position accuracy of the ship stepping motor. Carry on simulation to the ship stepping motor, and carry on the simulation experiment test to the design method. Thetest results show that the operating response time under the design method is as low as 6.35 ms, when the load disturbance time continues to increase, the adjustment time of the design method is the shortest and the increase is more stable. It shows that the design method is superior and has strong practicability.

　　Key words: ship stepping motor; identification data; position accuracy optimization control; magnetic network simulation model; pseudo-random signal

　　0 引　言

　　近年來，在世界范圍內(nèi)海上開采業(yè)都獲得了迅速的發(fā)展，對船舶的實際作業(yè)提出了越來越多的要求[1]。為了使船舶能夠真正開展多樣化的作業(yè)，對深海資源進(jìn)行更大規(guī)模的開發(fā)，緩解人類目前面臨的資源緊缺問題，必須為船舶配備精度更好的步進(jìn)電機(jī)，才能使船舶在深海風(fēng)浪較高的惡劣環(huán)境下進(jìn)行安全作業(yè)與深海救生[2]。對船舶步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置精度優(yōu)化控制

　　是提升步進(jìn)電機(jī)精度的重要途徑，引發(fā)了相關(guān)學(xué)者的重視。

　　對于船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方面的研究，國外約始于 20 世紀(jì) 50 年代，真正取得研究成果則是在 70 年代。在研究中，有學(xué)者提出一種基于數(shù)字控制技術(shù)的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法，獲得了較為廣泛地應(yīng)用。而國內(nèi)對于船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方面的研究則起步較晚。這是由于我國在20世紀(jì)初期才真正實現(xiàn)了船舶步進(jìn)電機(jī)的開發(fā)，隨著電力電子技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方面的研究也逐漸取得成果。近期就有學(xué)者提出了一種微控制器技術(shù)下的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法，本文綜合現(xiàn)有方法的研究思想設(shè)計一種新的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法。

　　1船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法設(shè)計

　　1.1 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

　　首先對船舶步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行仿真，構(gòu)建船舶步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。構(gòu)建數(shù)學(xué)模型之前需要做出如下假設(shè)：

　　1)忽略電機(jī)的渦流效應(yīng)與磁滯損耗;

　　2)將鐵心部分的電機(jī)導(dǎo)磁率視為0o;

　　3)隨著失調(diào)角的變化，定子極下的電機(jī)氣隙磁導(dǎo)也會作出周期性變化。僅考慮氣隙磁導(dǎo)的恒定分量與基波分量，不對其他諧波分量進(jìn)行考慮。

　　在以上假設(shè)下構(gòu)建船舶步進(jìn)電機(jī)的對應(yīng)磁網(wǎng)絡(luò)仿真模型，根據(jù)其磁網(wǎng)絡(luò)仿真模型構(gòu)建各相的數(shù)學(xué)等效模型，具體如圖1所示。

　　1.2 系統(tǒng)辨識

　　接著對船舶步進(jìn)電機(jī)實施系統(tǒng)辨識，在系統(tǒng)辨識中需要對辨識數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取并對其進(jìn)行預(yù)處理，然后通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)辨識[3]。

　　通過船舶步進(jìn)電機(jī)的輸入信號獲取船舶步進(jìn)電機(jī)辨識數(shù)據(jù)，選取的輸入信號為偽隨機(jī)信號，主要包括二進(jìn)制偽隨機(jī)信號以及多幅值偽隨機(jī)信號。

　　預(yù)處理辨識數(shù)據(jù)的具體做法是對偽隨機(jī)信號進(jìn)行歸一化處理，使用的公式具體如下：

　　1.3 位置精度優(yōu)化控制

　　最后根據(jù)系統(tǒng)辨識結(jié)果設(shè)計船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制器，實現(xiàn)船舶步進(jìn)電機(jī)的位置精度優(yōu)化控制[4]。設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

　　設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制器的軟件運(yùn)行流程如圖 3 所示。

　　2 仿真分析

　　2.1 仿真實驗參數(shù)

　　對設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法進(jìn)行仿真實驗測試。在仿真測試中首先對船舶步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行仿真，仿真參數(shù)如表 1 所示。

　　2.2 實驗方法設(shè)計

　　利用設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法對實驗仿真船舶步進(jìn)電機(jī)實施位置精度優(yōu)化控制。首先獲取該方法控制下步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時的響應(yīng)速度，接著在該方法控制下對步進(jìn)電機(jī)施加負(fù)載擾動，測試該方法在負(fù)載擾動下的調(diào)節(jié)性能，也就是對該方法的負(fù)載擾動調(diào)節(jié)時間進(jìn)行測試。

　　2.3 獲取實驗結(jié)論

　　在測試船舶步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時的響應(yīng)速度時，設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法與基于數(shù)字控制技術(shù)、微控制器技術(shù)下的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的仿真實驗結(jié)果如表 2 所示。

　　表 2 實驗結(jié)果表明，設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的船舶步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行響應(yīng)時間整體最短，最低可達(dá) 6.35 ms，完全低于基于數(shù)字控制技術(shù)、微控制器技術(shù)下的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的船舶步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行響應(yīng)時間。說明對于船舶步進(jìn)電機(jī)來說，設(shè)計方法能夠使其擁有更快的響應(yīng)速度。

　　在測試負(fù)載擾動調(diào)節(jié)時間時，設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法與 2 種對比船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的仿真實驗結(jié)果如表 3 所示。

　　根據(jù)表 3 的實驗結(jié)果可知，在負(fù)載擾動時間不斷增加的情況下，設(shè)計的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的調(diào)節(jié)時間最短且負(fù)載擾動調(diào)節(jié)時間的增長更加穩(wěn)定。而基于數(shù)字控制技術(shù)、微控制器技術(shù)下的船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法的負(fù)載擾動調(diào)節(jié)耗時較長且增速更快。

　　3 結(jié)　語

　　通過對船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法進(jìn)行研究，實現(xiàn)了運(yùn)行響應(yīng)時間的縮短以及負(fù)載擾動調(diào)節(jié)時間的縮短。

　　參考文獻(xiàn)：

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文章名稱： 船舶步進(jìn)電機(jī)位置精度優(yōu)化控制方法

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