智能電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與制造

1、<p>　　智能電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與制造</p><p>　　摘要：針對現(xiàn)代大型復(fù)雜機(jī)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(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全局耦合分析及耦合并行設(shè)計的基本思想,探討全局耦合分析與設(shè)計的基本理論框架,以期研究復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)功能、奇異工況的生成機(jī)制,實現(xiàn)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)全局耦合最優(yōu)設(shè)計。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)并行設(shè)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(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p>

5、;<p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的日趨復(fù)雜化，系統(tǒng)不可避免地存在非線性。如大型交流電機(jī)系統(tǒng)、紡織過程等，盡管在很多情況下，當(dāng)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(shù)、自然、社會、經(jīng)濟(jì)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(fù)雜、十分豐富的。嚴(yán)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(rèn)識仍很不充分的。 </p><p>　　針對現(xiàn)代大型復(fù)雜機(jī)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(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全局耦合分析及耦合并行設(shè)計的基本思想,探討全局耦合分析與設(shè)計的基本理論框架,以期研究復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)功能、奇異工況的生成機(jī)制,實現(xiàn)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)全局耦合最優(yōu)設(shè)計。 </p><p>

7、　　目前常用的串行設(shè)計模式、分支與總體組裝式程序,無法反映復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)式多重耦合作用與機(jī)組工況、功能間的內(nèi)反饋與自組織規(guī)律。優(yōu)良的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)生和運行,迫切需要基于全局耦合的設(shè)計理論與方法。 </p><p>　　基于此,本文在認(rèn)識復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)全局耦合事實的基礎(chǔ)上,提出耦合與解耦設(shè)計的學(xué)術(shù)思想,以期能為復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)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(qiáng)。 </p><p>　　這一立意得到國家自然科學(xué)基金的支持,1999年將“復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)耦合與解耦設(shè)計理論與方法”立為重點項目。 </p><p>　　一、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的耦合事實 </p><p>　　復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)維數(shù)高,單元數(shù)量大,過程間的耦合錯綜復(fù)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(fù)雜機(jī)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(guān)聯(lián)、集成而與機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)參數(shù)構(gòu)成機(jī)電耦合,從而影響系統(tǒng)的動態(tài)特性和響應(yīng)特性。 </p><p>　?、衮?qū)動源強(qiáng)電磁場與傳動系統(tǒng)機(jī)電耦合 </p><p>　　對于電機(jī)驅(qū)動的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng),電磁場的磁電參數(shù)與傳動系統(tǒng)的力學(xué)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(jī)驅(qū)動的機(jī)電設(shè)備中普遍存在,并

10、隨電機(jī)功率的增大而激勵作用增強(qiáng)。諧波分量的頻率成分由電機(jī)的驅(qū)動型式?jīng)Q定,交流電機(jī)以50Hz為主,整流驅(qū)動的直流電機(jī)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(jī)電耦合示意圖 </p><p>　　功率達(dá)數(shù)萬千瓦的軋制機(jī)械是這類耦合的典型設(shè)備。對某平整機(jī)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(yīng)頻率的諧波轉(zhuǎn)矩,使傳動系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻率的扭振響應(yīng)。 </p><p>　　另一類耦合是電機(jī)的電磁參數(shù)與機(jī)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(xué)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(qiáng)耦合只有在電機(jī)容量大到一定程度后才表現(xiàn)突出,此時電機(jī)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(jī)組是具有這種耦合的典型復(fù)雜系統(tǒng)。邱家俊等對大型發(fā)電機(jī)組中的這類耦合問題已進(jìn)行深入研究。 </p><p>　?、诳刂葡到y(tǒng)調(diào)控微變量與機(jī)械系統(tǒng)主體運動機(jī)電耦合 </p><p>　　復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)中,常以液壓伺服、光電跟蹤、射線、激光等技術(shù)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(biāo)進(jìn)行多重網(wǎng)絡(luò)式控制?？刂莆⒆兞繉τ谥黧w運動又是一種干擾,與主體運動的力學(xué)參數(shù)構(gòu)成參數(shù)弱耦合,

13、由于計算機(jī)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(jī)動態(tài)過程。 </p><p>　　二、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)耦合并行設(shè)計 </p><p>　　基于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的全局耦合機(jī)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(jìn)行復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的全局耦合分布式并行設(shè)計。其基本

14、模式見圖2。 </p><p>　　圖2耦合并行設(shè)計基本模式 </p><p>　　復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)耦合并行設(shè)計的關(guān)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(jī)制的智能體設(shè)計。構(gòu)造多個智能體模擬各耦合對物理過程的耦合機(jī)制,以進(jìn)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(lǐng)域中領(lǐng)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(zhǔn)則。 </p><p>　?、谥悄荏w之間交互作用模型及通信模塊設(shè)計。多智能體進(jìn)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(shè)計通用、標(biāo)準(zhǔn)且具有足夠表達(dá)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(biāo)下,設(shè)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(jìn)展適時對協(xié)作規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整的算法。 </p><p>　?、芙⒉⑿性O(shè)計通用支持平臺。在對耦合機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,研究并設(shè)計適用于復(fù)雜機(jī)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(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的基本耦合特點,討論了對復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全局耦合分析和耦合

17、并行設(shè)計的基本思想和框架,對其中的關(guān)鍵理論與技術(shù)尚屬初步探討,大量的研究工作尚在進(jìn)行之中。 </p><p>　　發(fā)展以高技術(shù)密集為特征的新型復(fù)雜機(jī)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(chǔ)上,因此本文提出的全局耦合分析與設(shè)計思想將有助于推動新型高性能復(fù)雜機(jī)電設(shè)備的產(chǎn)生。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><

18、;p>　　[1]易繼楷.候媛彬，智能控制技術(shù).北京:北京大學(xué)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(xué)出版社,2000 </p><p>　　[3]邱家俊.機(jī)電耦聯(lián)動力系統(tǒng)的非線性振動.北京: 科學(xué)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(xué)機(jī)械與動