感應電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的模糊控制研究

2 常用模糊控制器在控制系統(tǒng)中的應用
2．1 控制器
傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用Bang―Bang控制，滯環(huán)調(diào)節(jié)器的容差影響磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。容差大小是一個模糊量，無法根據(jù)磁鏈、轉(zhuǎn)矩誤差的量確定數(shù)學模型，采用模糊控制，根據(jù)經(jīng)驗知識來確定容差不失為一明智選擇。采用的模糊控制器只有兩個輸入變量，轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈角，其輸出變量為占空比，通過控制規(guī)則選擇合適占空比，減小了低速下磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。采用磁鏈誤差、轉(zhuǎn)矩誤差和電機工作點作為模糊控制器的輸入變量，該方法的新穎之處在于將電機工作點作為模糊控制器輸入變量，在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為坐標軸坐標系中，按工作時轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速所占額定值的百分比確定工作點，按轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速百分比相等線左右各分3個區(qū)。文獻根據(jù)異步電機定子磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差以及定子磁鏈的所在位置，運用模糊邏輯技術(shù)動態(tài)地得到電機所期望的空間電壓矢量，再結(jié)合SVM技術(shù)實現(xiàn)對異步電機的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制中都采用速度閉環(huán)控制，以增強控制系統(tǒng)對外界擾動的抗干擾能力和適應負載變化的能力。將給定轉(zhuǎn)速和反饋速度(估算或檢測)的差值作為速度調(diào)節(jié)器的輸入信號，由速度調(diào)節(jié)器根據(jù)速度的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩給定Tg信號。常用的速度反饋中，都采用PI控制器，但系統(tǒng)參數(shù)一旦選定，不能根據(jù)實際情況改變，沒有自適應能力。因此，文獻提出通過選用速度誤差和誤差變化率作為模糊變量，通過控制規(guī)則來實現(xiàn)速度跟隨，提高了系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)態(tài)精度。
2．2 辨識器
文獻中，提出一種模糊估計器，用來估算定子電阻。直接轉(zhuǎn)矩控制采用電壓模型觀測磁鏈在低速下誤差較大，從而導致轉(zhuǎn)矩脈動大。通過辨識定子電阻的變化，進而估算轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差，然后根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差選擇電壓空間矢量，對磁鏈進行補償。

3 復合模糊控制器在控制系統(tǒng)中的應用
模糊控制在實際應用過程中存在一些缺陷。首先對于時變參數(shù)非線性系統(tǒng)，尤其是電機的控制要求快速準確，模糊控制所依賴的控制規(guī)則卻缺乏在線自學習或自調(diào)整的能力。其次，模糊控制器的變量論域是固定的，無法使整個被控對象的穩(wěn)態(tài)誤差降到最低。若要提高精度，勢必要增加量化級數(shù)。導致推理時間過長，系統(tǒng)實時性差。另外，模糊控制系統(tǒng)的設計尚缺乏系統(tǒng)性，無法定義控制目標，而控制規(guī)則的選擇、論域的選擇、模糊集的定義、量化因子的選取等多采用試取法，這對復雜系統(tǒng)難以湊效。因此，人們在模糊控制的自學習或是自調(diào)整能力方面已開展了許多研究，設計了多種不同類型的模糊控制器，如模糊PID控制器、自適應模糊控制器、滑膜模糊控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器等。
3．1 模糊PID控制
傳統(tǒng)的模糊控制器其變量論域是固定的，無法使整個被控對象的穩(wěn)態(tài)誤差降到最低。若要提高精度，勢必要增加量化級數(shù)，導致推理時間過長，系統(tǒng)實時性差。對于要求響應更快和穩(wěn)態(tài)精度更高的情況，一般的模糊控制器難以勝任。而PID控制器具有簡單易行，控制性能較好的特點，但是其參數(shù)是固定的，不能適時調(diào)整，在多變量、高階和非線性的交流系統(tǒng)，無法達到最優(yōu)效果。文獻將傳統(tǒng)PID速度調(diào)節(jié)器和模糊理論結(jié)合，使該控制器可依據(jù)速度誤差和速度誤差變化率在線調(diào)整傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)，增加了速度調(diào)節(jié)的自適應能力，提高了系統(tǒng)的響應速度
3．2 自適應模糊控制器
由于交流電機參數(shù)受溫度和磁路飽和的影響，具有嚴重的非線性，實際調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速設定范圍變化較大，常規(guī)模糊控制器較難高性能地適應。獲得常規(guī)模糊控制器規(guī)則，只能憑人的一般經(jīng)驗設計，再經(jīng)過實驗反復調(diào)整，不僅費時費力、很難優(yōu)化，而且量化因子、比例因子的選取對系統(tǒng)的性能影響很大，一旦這些因子確定后，系統(tǒng)的參數(shù)、給定或擾動變化過大時，則滿足不了該系統(tǒng)在時變情況下響應速度快、穩(wěn)態(tài)精度高的要求。在低速時，系統(tǒng)甚至無法運行。自適應控制在被控對象未知或被控對象參數(shù)發(fā)生改變時，能調(diào)整控制器的控制方法或參數(shù)，將自適應理論引入模糊控制能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。文獻提出一種自適應模糊PD型速度調(diào)節(jié)器，應用于模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。該調(diào)節(jié)器輸出部分的比例因子可以根據(jù)速度的實時變化趨勢經(jīng)自適應調(diào)整機構(gòu)的模糊規(guī)則庫在線調(diào)整，解決了常規(guī)模糊控制器在控制過程中參數(shù)不變帶來的問題，滿足了異步電機模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)響應速度快、穩(wěn)態(tài)精度高、調(diào)速范圍寬的要求。