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研究生:陳良旗
研究生(外文):Liang-Chi Chen
論文名稱:使用適應控制之工具機恆溫調控
論文名稱(外文):Adaptive Control for Temperature Regulation of
指導教授:李傑李傑引用關係張耀仁張耀仁引用關係
指導教授(外文):Jye LeeY. Z. Chang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:96
論文頁數:73
中文關鍵詞:恆溫控制前饋控制適應控制
外文關鍵詞:Temperature controlfeed-forward controladaptive control
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工具機主軸馬達的熱傳現象具有嚴重的時間延遲及高度非線性的動態特性,不易以數學模型描述,且系統參數不斷隨溫度之變化而變動。本研究結合適應控制律、監督式適應類神經控制器(Supervisory Adaptive Neural Control),以及前饋控制器(Feed-Forward Control),來提高系統的強健性,改善溫度的變動幅度,間接提高工具機之加工精度。使用監督式適應性類神經控制,旨在抵抗大幅度的暫態誤差。加入前饋控制,則能預先對擾動進行補償,減小對系統狀態的影響。最後本論文分別將PD控制、適應類神經控制與前饋適應類神經控制以實驗進行比較。結果顯示,使用前饋控制結合適應類神經控制,能有良好的溫度調控,狀態誤差分別為0.6度、0.3度與0.2度。
The effects of heat transfer on the temperature of a machine tool are highly nonlinear with significant time delay. The dynamics are lack of accurate mathematical model and fluctuate with temperature, further rendering temperature control of the system a difficult task. This research combines techniques of adaptive control, supervised control, and feed-forward control to enhance robustness of the system, reduce variations in the temperature, and hence increase processing accuracy of the machine tool. The supervised adaptive control aims at reducing transient as well as steady state errors, and the feed-forward control can effectively compensate predictable disturbances, further reduces tracking error. Experiments are conducted to compare control performances of the PD control, the supervised neural control, and effects of the feed-forward term. The results show that the tracking errors of these different approaches are 0.6, 0.3, and 0.2 oC, respectively, well justifying the proposed approach.
目 錄
指導教授推薦書
論文口試委員審定書
長庚大學授權書………………………………………………………...iii
致謝……………………………………………………………………iv
中文摘要…………………………………………………………...v
英文摘要…………………………………………………………...vi
目 錄……………………………………………………………vii
圖 目 錄…………………………………………………………..ix
表 目 錄…………………………………………………………......xi
第一章 緒論………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機…………………………………………...1
1.2文獻回顧……………………………………………………2
1.3研究目的……………………………………………………5
1.4主要貢獻……………………………………………………6
1.5論文架構……………………………………………………6
第二章 研究方法與恆溫系統的熱傳導現象……………………7
2.1 暫態熱傳導模型推導……………………………………...7
第三章 實驗設備介紹…………………………………………..11
3.1 硬體架構………………………………………………….11
3.1.1電阻式加熱器及熱交換管設計………………………11
3.1.2溫度量測裝置- Advantech ADAM - 4011 & ADAM 4520………………………………………………………..12
3.1.3 個人電腦……………………………………………..15
3.1.4 DS1104控制卡與CLP1104控制板…………………15
3.1.5變頻器與抽水馬達……………………………………17
3.2 軟體架構………………………………………………….20
3.2.1 Adam series utility…………………………………….20
3.2.2 Matlab R2006a………………………………………..21
3.2.3 dSPACE ControlDesk…………………………………22
3.3 系統整合………………………………………………….24
第四章 適應控制理論與適應控制器的設計…………………..28
4.1一般適應控制理論(adaptive control)……………………..28
4.2 前饋控制理論(Feed-Forward control)……………………..30
4.3 具前饋訊號之適應控制器設計………………………….31
第五章 實驗結果………………………………………………..37
5.1 未經控制之系統響應………………………………………37
5.2 pd控制器………………………………………………..38
5.3 間接適應控制器…………………………………………39
5.4 具前饋系統之間接適應控制器………………………….47
第六章 結論與未來建議……………………………………..58
6.1 結論……………………………………………………….58
6.2未來建議..........................................................................58
參考文獻…………………………………………………………..59

圖目錄
圖1.2.1 油噴淋系統應用於超精密系統的例子………………..3
圖1.2.2 DAHLIH_PT-128………………………………………4
圖2.1 研究流程示意圖………………………………..……………7
圖2.1.1 熱交換管…………………………………………………9
圖3.1.1模擬工具機溫度控制系統示意圖……………………..11
圖3.1.2模擬工具機熱源及熱交換管裝置……………………..12
圖3.1.3 脈波幅寬調變(PWM)示意圖………………………12
圖 3.1.4 ADAM - 4018實體……………………………………..13
圖3.1.5 ADAM - 4520實體(右)……………………………..13
圖3.1.6 CLP1104控制板與端子台……………………………..17
圖3.1.7 AS2-304 變頻器………………………………………..18
圖3.1.8 AEHL-AB 三相抽水馬達………………………………19
圖3.2.1 ADAM Utility Program-Search……………………….20
圖3.2.2 ADAM Utility Program-Terminal…………………….21
圖3.2.3 操作面板……………………………………………….23
圖3.3.1 恆溫系統架構示意圖………………………………….24
圖3.3.2 絕熱容器外觀…………………………………………..25
圖3.3.3 絕熱容器內各結構…………………………………….26
圖3.3.4 冷卻系統……………………………………………….26
圖3.3.5 溫控系統整體外觀(不含個人電腦)…..…………….27
圖4.1.1 自調整神經元雙曲線函數圖……………………………29
圖4.1.2 Direct adaptive control 架構圖……….………………29
圖4.1.3 indirect adaptive control 架構圖.…….………………..29
圖4.1.4 supervisory direct adaptive control 架構圖……………30
圖4.1.5 supervisory indirect adaptive control 架構圖………30
圖4.2.1 具前饋訊號的控制方塊圖…………………….………..31
圖4.3.1 具前饋訊號之適應控制架構圖…………………………32
圖5.1.1 無控制器之系統響應圖……………………………..…37
圖5.2.1 PD控制器方塊圖………………………………………..38
圖5.2.2 PD控制器系統響應圖…...….........………..39
圖5.3.1間接適應控制系統響應圖……………………......…40
圖5.3.2 (a)~(k)為間接適應控制參數的適應歷程紀錄……..46
圖5.3.3參數收斂後之間接適應控制系統響應圖……………...7
圖5.4.1前饋控制結合間接適應控制系統響應圖………......48
圖5.4.2 (a)~(m)為前饋控制結合間接適應控制參數的適應歷程紀錄……………………………………………………….........55
圖5.4.3參數收斂後之前饋間接適應控制系統響應圖….....…56
圖5.4.4控制器溫度響應比較…………………………........57
圖5.4.5模糊控制器與前饋模糊控制器之溫度響應比較……….57

表目錄
表3.1.1 ADAM-4018規格………………………………………..14
表3.1.2 ADAM-4520規格………………………………………….15
表3.1.3 DS1104控制卡規格表…………………………………….16
表3.1.4 AS2-304規格表………………………………………….18
表3.1.5 AEHL-AB規格表………………………………………….19
表5.3.1 間接適應控制器實驗參數初值表……………………….39
表5.3.2 間接適應控制器實驗收斂參數值……………………….46
表5.4.1 前饋控制結合間接適應控制器實驗參數初值表……….47
表 5.4.2 前饋控制結合間接適應控制器實驗收斂參數…………55
參考文獻

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