自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用

1、11T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>i ?!"" # $%'清华大学学报_自然科学版.*%*年第(*卷第 > 期)# $&* + #/ 0 1234567 83 29 -":2;0 <:5. = *%= ? B(*= # B>(,+c$，$&$，+自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用孙巨禄=苏鹏声=李永东-清华大学 电机工程与应用电子技术系=北京$%)(.11T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>i ?11T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>

2、;i ?摘要E针对异步电机矢量控制系统因电机参数变化和负 载波动等因素性能变差的问题！设计了一种二维自调整模糊控制器作为滑差频率式异步电机矢量控制系统的速度调节器“这种自调整模糊控制器可以根据输入变量的大小调整模 糊控制器的量化因子#比例因子和两个输入变量的权重!从而自动调整模糊控制规则“仿真和实验结果说明！具有自调整模糊控制器的异步电机矢量控制系统不仅动态和稳态性能都得到提高！而且具有较强的鲁棒性“关键词e模糊控制$交流调速$矢量控制$异步电机中图分类号E 0 M >*$B'文献标识码e N文章编号 E$ %&% (-*%*. %>8$; $8%+OPCRSnJV

3、WXZ R W A _ Yi QPa R abF_Y aS_ Ya QPUZ UW_YZ c Y a UaZbPd efg hih=d ej k l mnok l m=p qr si mt si m-uPvTa"PY RwQ_Yj 乙TQw ZPPaZ =xXZ yWT z ZbPaXZA= FZVZ |!="yZ* $XYT_EN 1<A%7L&61 K234 % '(: 3K)A<) * 71 L<1N3<LK 2HI )9< K5< lv)%H73：v % 9v：K)&3KA<L 1(1K<H 1

4、 L6)234 I7)7H<K) 9 7)27K2317 3LA LL 21P6) +73: <1B0 5<: 3K)A<) 7L&61K1K 5< 嗨'( )6A< +71< +( 7L&61K234 K5< %'( :3KA<) I 7)7H<K<)1 73L K5<* <2!5K1%<7: 52 3I 6K 97) 27+A<B0 5<1 <A%7L&61K34 %'( 0A<)* 71 61<L 71 P6< 1I &l

5、t;<L : 3K)A<) 1AI %<, 6<3:( 9<: K&: 3KA<L 23L6:K3 H L)29<B" 2H6A7K3 73L <-I <)2H<3K7A )<16AK11 5* K5 7K K5< 1(1K<H 2HI )9<1 K5< %'( :30<).1 1K<7L( &1K7K I )<: 21237 3LL (37H2 lv)%H73:<73L2 1 9<)() 61/ PA 0 aUXE%'( :3K)1

6、 N) 1I <<L 7La61KH<3K1 9<: 3K123L6: K3H K)传统的矢量控制系统需要电机的精确数学模 型=当由于磁饱和或电机绕组温度变化引起电机内 部参数变化时=会影响系统的控制效果2*3=把模糊控制引入矢量控制系统有助于解决这个问题F模糊控制总结了人工操作经验=不需要被控对象的精确数学模型=对调节对象参数不敏感2+3 f一般用于交流传动上的模糊控制器采用有限级数等隔量化的方法=很难同时满足动态响应和稳态 精度的要求F为此=设计了一种自调整模糊控制器=可以根据输入变量的大小调整模糊控制器的参数和 输入变量的权重 =从而自动调整了模糊控制规则=提高了

7、系统的动态和稳态性能=具有4!控制器不可能达到的较强鲁棒性 F|自调整模糊控制器本文提岀的自调整模糊控制器结构如图$所 示=这里采用了典型的二维模糊控制器结构F图|自调整模糊控制器的结构模糊控制器在系统中作为速度调节器=输入变量为电机的速度误差5和速度误差的变化率5 =输出控制变量为 6=分别对应模糊控制器中的模糊变 量7=7)和8 F图$中的7 9= 7 9和7 : = 7 )为中间 变量f模糊变量的模糊集合可表示为e ;负很大=负大=负中=负小=零=正小=正中=正大=正很大 < =或者 ;#=#>=# M =#" =? =4" =4M =4>=4 =

8、<F 可以确定 模糊子集合对应的论域为e ； A= ' = ( = += * = $=%=$=* =+=( =' =A<F确定模糊变量的隶属度 函数后=就可以对模糊变量赋值F本文采用正态分布的隶属度函数f控制规则可写成条件语句的形式E收稿日期 e* %$ 8%* & D作者简介E孙巨禄_ $>C' & =男_汉.=安徽=硕士研究生 F通讯联系人 e苏鹏声=副教授=g&H 72E 161 15 J K12345 67 B<L6B: 3!" #$ %& ')! " #*$ +&,-.

9、(/ $ 0& 其中8$1 23242 56 5为控制规则数7 %&2 + &2 0&是 定义在误差8误差变化率8控制量论域上的模糊集7根据这些规则 2由不同的离散输入值 #和#*2预先 计算好控制量 / 2制成模糊控制表 7输入变量的精确值的模糊化分为连续变量离散化和离散变量模糊化两个步骤7首先2把误差和误差变化率从基本论域映射到量化论域9#: $ ; 1<2#*： $ ； 3<2 >1?#：2 #*均要取整2 ； 12 ； 3分别是误差和误差变化 率的量化因子7然后2再由量化后的值确定对应的模 糊子集7控制器的输出端采用最大隶属度函数法解模

10、 糊2最后通过比例因子；把控制量转换到被控对 象的论域9U采用自调整模糊控制器的滑差频率式异 步电机矢量控制系统系统为双闭环结构2电流控制为内环 2速度控制为外环2如图3所示QSR2图中带V变量为给定值711T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>i ?11T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>i ?A $ ; / B>3?有限级数等隔量化方法的模糊控制器结构简 单2使用方便2是常用的一种形式 7但是2这种固定模 糊控制表的方法很难同时满足系统的动态和稳态的11T3清华大学学报 >自然科学版?3LL32S3>i ?性能指标7本文米取了

11、两种自调整的方式2根据输入量的大小来改变模糊控制规则91 ?调整；伦；32 ; 的大小7引入人们经验中 的C粗调D和C细调D的概念2根据#和# *的大小调 整；12 ; 3和；的取值7当#和# *很大时2控制系 统要减小误差 2加快动态过程 2取较大的控制量 2要 减小.亡.32加大.6当#和# *很小时2要增大 12 32减小.这一过程通过改变调整系数E来实现7每次计算由#：和#*查询调整系数 E的取值K1w&XY> ?2 如图3所示7滑差频率式电机矢量控制系统中磁通是开环的2励磁电流分量给定值是固定值2即9表2得岀相应的调整系数E6然后得到新的；F$1E2 ; F$3E2 ；

12、 F$ GE进行控制运算2最后得&Y $j3_Jn式中9/A是定子额定相电压 角速度7根据和可以计算岀滑差角速度9V a c v&<yV &Y $V 2d eac &Yd e&Yac为互感系数2de$2c3> 1Aa j?21A是定子电流额定>b?到#囲# F3?调整#和#*作用的权重7当误差#大的时 候2需要尽快消除 误差2在控制规则中对误差#的 加权应该大一些 6当误差#较小的时候 2为避免产 生超调2要求对误差变化率#*的加权大一些7对于给定的输入 # F2按式H$ 十H K H-?M#RMN Hl2>计算对应的一个调整因子

13、H2式中L O HO HO 32 HPQ HL2H1 R2然后计算调整后的 # 2 # * 9a c v&Y $d efe式中9 fe为转子磁通2为转子电路时间常数 7计算定子角速度和电流的相位角h9>g?a eG e#$ H# F2>S?#* $ >3 K H?# Fb>T?h$ i )kB>i ?>1L?由V&n 2V&YV& 2&Y和h经坐标变换可得定子电流给定值 如图3所示70仿真和实验研究在以cJ 3L* 3芯片为控制核心的实验开发 硬件平台上实现了滑差频率式异步电机矢量控制系统2电动机功率为3B3 pq 7

14、采用了光码盘作为脉冲速度检测器7使用r st- !编制了软件的集成界面2孙巨禄I等自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用NNM>在界面上可设置系统的参数！并显示电机速度“定子电流“电磁转矩等变化波形#分别对采用$%控制器&以下简称$%和采用自调整模糊控制器&()*+,-./0( 1234 +)556 783198*) 9!以下简称：； <='的系统进行了仿真和实验#图 > 为：； < =稳态转速为>? 9A 23时起动过程转速的仿真和实验的响应曲线！仿真和实验的结果基本吻合#由于实验用的系统参数与仿真的理想 模型存在差别|使实验结果

15、存在一些超调|但误差仍在合理范围内#3D0* 200-£ 100-SAEC孙巨禄I等自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用NNM>孙巨禄I等自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用NNM><=和$%加减负载时的孙巨禄I等自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用NNM>孙巨禄I等自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用NNM>%S%nQM i -34q !f 0h Q< 0 556* 8427 - r r *27- 128 3+ 89 231) *2l) 31 783198* 8+8 3 l-92s*) (r) .92) c Q t u u u v wxyz y u y w()"y*w