基于加速度模糊控制下的異步電動(dòng)機(jī)雙饋系統(tǒng)分析

摘要：隨著速度調(diào)控策略的不斷深入與發(fā)展，希望以高精度實(shí)時(shí)控制解決異步電動(dòng)機(jī)控制的要求被提上議程，特別在電動(dòng)機(jī)加減速情況下，這種對(duì)于改善電流畸變和異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性的要求就更加強(qiáng)烈。文中提出了在加速度模糊控制下的加速度一速度雙饋閉環(huán)調(diào)控策略，通過仿真驗(yàn)證了該策略能有效改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的局部粗糙，使輸出波形與運(yùn)行特性平滑穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：加速度；模糊控制；雙饋

加速度作為考察電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程的重要參數(shù)，能有效反映電動(dòng)機(jī)突然加減速下的不穩(wěn)定狀態(tài)，為避免由于這種不穩(wěn)定所產(chǎn)生的不良效果提供了信息。一方面，加速度傳感器克服了電動(dòng)機(jī)振動(dòng)及電動(dòng)機(jī)型號(hào)不同時(shí)的測量誤差與光學(xué)元件價(jià)格昂貴和安裝距離要求高等不利影響，不僅能有效反映異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，而且由于加速度的直接測量省去了間接測量后的計(jì)算轉(zhuǎn)換誤差，在一定程度上保證了測量結(jié)果的可靠性及實(shí)用性。另一方面，隨著異步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)速度閉環(huán)調(diào)控機(jī)制，電動(dòng)機(jī)在加減速過程中容易發(fā)生速度SPWM占空比加得過大，出現(xiàn)打滑導(dǎo)致空轉(zhuǎn)或加速不夠迅速而影響速度的矛盾局面。建立加速度——速度雙饋過程是解決這類高精度、實(shí)時(shí)調(diào)控問題的一種有效思路方法。雖然通過以智能控制為基礎(chǔ)的一大批控制方式在這方面積極探索，但是基于加速度模糊控制下雙饋策略的相關(guān)論文還比較鮮見。
引入加速度調(diào)控方式最大優(yōu)勢在于能有效改善調(diào)控局部精度，配合傳統(tǒng)關(guān)于速度下的調(diào)控策略建立以加速度模糊控制為策略的雙饋調(diào)控機(jī)制，能使電動(dòng)機(jī)整個(gè)過程都平緩穩(wěn)定，結(jié)合模糊控制，能有效保證系統(tǒng)的魯棒性及糾錯(cuò)精度，以期異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)得以提升。

1 模糊控制和傳統(tǒng)速度閉環(huán)調(diào)控的相關(guān)理論
在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量變頻控制系統(tǒng)中，反饋回路通過異步電動(dòng)機(jī)電流檢測引出，結(jié)合電流模型法解耦得到轉(zhuǎn)子磁鏈ψ、磁場定位角θ及轉(zhuǎn)矩電流i，求得電機(jī)測量轉(zhuǎn)矩T，與Tω相比較構(gòu)成轉(zhuǎn)矩反饋。而對(duì)電機(jī)的供電通路是由帶電流環(huán)控制的電壓源型SPWM逆變器，逆變器電壓由三相電壓給定，頻率則是由異步電動(dòng)機(jī)模型輸出ω給定。基于加速度模糊控制下的雙饋系統(tǒng)仍是以原始速度環(huán)為基礎(chǔ)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，引入加速度模糊控制環(huán)是出于對(duì)速度環(huán)波動(dòng)不穩(wěn)、諧波較多等不良情況下的改善，以期通過這種雙饋組合能在原控制策略上有一定程度的性能提升。同時(shí)，應(yīng)該注意到a的實(shí)質(zhì)可理解是為了充分利用軸功率，控制加、減速的運(yùn)行時(shí)間，從而在保證達(dá)到規(guī)定速度的同時(shí)，獲得節(jié)能效果。
但是應(yīng)該看到，加速度是一個(gè)噪聲影響性強(qiáng)、變化波動(dòng)劇烈、非線性的參量，要對(duì)其加以控制，傳統(tǒng)控制平臺(tái)已不適用。模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，它不需要建立對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只要求把現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)成比較完善的語言控制規(guī)則，因此它能繞過對(duì)象的不確定性、不精確性，噪聲以及非線性、時(shí)變性、時(shí)滯等影響，模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其對(duì)像此處a強(qiáng)時(shí)變耦合的非線性系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性。
另外，通過在系統(tǒng)中引入ITAE和P兩個(gè)性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性分析，以期能及時(shí)準(zhǔn)確地觀測系統(tǒng)輸出跟蹤控制輸入的變化情況。ITAE是時(shí)間乘以誤差絕對(duì)值積累的性能指標(biāo)，能夠綜合評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)對(duì)多個(gè)加權(quán)因子進(jìn)行尋優(yōu)，離散形式為：
△JITAE=t|E|△T (1)
選取超調(diào)量P作為衡量模糊控制的精確度指標(biāo)，對(duì)于期望輸出yk，而實(shí)際的輸出，則有：


2 關(guān)于加速度下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖1為加速度調(diào)控雙饋系統(tǒng)工作流程，該系統(tǒng)主要包括了加速度和速度反饋雙環(huán)、模糊控制系統(tǒng)、異步電動(dòng)機(jī)及其他相關(guān)模塊。

圖中ASR：速度調(diào)節(jié)器，Aψ：磁鏈調(diào)節(jié)器，ATR：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，BRT：轉(zhuǎn)速傳感器，converter：ψ-T轉(zhuǎn)化器，
在此系統(tǒng)中，以電動(dòng)機(jī)加速度和速度作狀態(tài)空間，建立計(jì)算矩陣為：

其中：a’、ω’分別為測量誤差，c1、c2分別為處理計(jì)算補(bǔ)償量，為了使結(jié)果達(dá)到精度所需，以上四個(gè)參數(shù)均可采用實(shí)時(shí)修正。dt為時(shí)間變化量，為精度考慮可近似認(rèn)為此量取得極小。