基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究

摘要：概述了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)的控制規(guī)律。為提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在DTC方式下的低速性能，在對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)定向控制進(jìn)行了比較深入的分析后，提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理DTC復(fù)雜計(jì)算的控制策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能進(jìn)一步改善感應(yīng)電動(dòng)機(jī)DTC的性能。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；變頻；直接轉(zhuǎn)矩控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

1 引言
DTC技術(shù)利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算并控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器(Bang-Bang控制)，將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，并產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，這樣就獲得了高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。其控制效果取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它無(wú)需將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制。由于省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與解耦，從而簡(jiǎn)化了異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，因此其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制信號(hào)處理的物理概念明確，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的DTC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)由速度給定值與轉(zhuǎn)子反饋的速度信號(hào)形成誤差信號(hào)，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的控制處理后獲得轉(zhuǎn)矩的給定值T*，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)T*與轉(zhuǎn)矩反饋值T的信號(hào)差為ET。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)是轉(zhuǎn)矩開(kāi)關(guān)信號(hào)，磁鏈調(diào)節(jié)器采用施密特觸發(fā)器，容差±ε，通過(guò)磁鏈調(diào)節(jié)器的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)，將磁鏈波動(dòng)限定在±ε內(nèi)，達(dá)到控制磁鏈的目的。開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇單元采用離散的三點(diǎn)式調(diào)節(jié)方式。根據(jù)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、定子磁鏈調(diào)節(jié)器的輸出及定子磁鏈的扇區(qū)位置來(lái)選擇合理的逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，用以輸出合理的電壓空間矢量。系統(tǒng)以TMS320LF2407A型DSP為核心組成控制器，由整流器、電壓型逆變器構(gòu)成主回路。整個(gè)系統(tǒng)按功率電路板、DSP控制板、電源、保護(hù)電路及信號(hào)檢測(cè)電路等進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。
在該系統(tǒng)中，設(shè)置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器，設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)。它可以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。
因?yàn)槎ㄗ哟沛溈杀硎緸閮上囔o止坐標(biāo)系下電流iα1，iβ1和電壓uα1，uβ1的非線性函數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩可轉(zhuǎn)換成兩相電流和磁鏈的非線性函數(shù)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在定子坐標(biāo)系下的方程為：