基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的感應電動(dòng)機直接轉矩控制研究

摘要：概述了感應電動(dòng)機在直接轉矩控制(DTC)的控制規律。為提高感應電動(dòng)機在DTC方式下的低速性能，在對感應電動(dòng)機定子磁場(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復雜計算的控制策略。仿真和實(shí)驗結果表明，該方法能進(jìn)一步改善感應電動(dòng)機DTC的性能。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機；變頻；直接轉矩控制；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，直接在定子坐標系下分析異步電動(dòng)機的數學(xué)模型，計算并控制電動(dòng)機的磁鏈和轉矩。采用離散的兩點(diǎn)式調節器(Bang-Bang控制)，將轉矩檢測值與轉矩給定值作比較，使轉矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內，并產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，這樣就獲得了高動(dòng)態(tài)性能的轉矩輸出。其控制效果取決于轉矩的實(shí)際狀況，它無(wú)需將交流電動(dòng)機與直流電動(dòng)機作比較、等效、轉化，即不需要模仿直流電動(dòng)機的控制。由于省掉了矢量變換方式的坐標變換與解耦，從而簡(jiǎn)化了異步電動(dòng)機數學(xué)模型，沒(méi)有通常的PWM信號發(fā)生器，因此其控制結構簡(jiǎn)單，控制信號處理的物理概念明確，系統的轉矩響應迅速且無(wú)超調，是一種具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的交流調速控制方式。

2 系統結構及工作原理
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制的DTC系統的基本結構如圖1所示。

系統由速度給定值與轉子反饋的速度信號形成誤差信號，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制器的控制處理后獲得轉矩的給定值T*，轉矩調節器的輸入信號T*與轉矩反饋值T的信號差為ET。調節器的輸出信號是轉矩開(kāi)關(guān)信號，磁鏈調節器采用施密特觸發(fā)器，容差±ε，通過(guò)磁鏈調節器的兩點(diǎn)式調節，將磁鏈波動(dòng)限定在±ε內，達到控制磁鏈的目的。開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇單元采用離散的三點(diǎn)式調節方式。根據轉矩調節器、定子磁鏈調節器的輸出及定子磁鏈的扇區位置來(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。系統以TMS320LF2407A型DSP為核心組成控制器，由整流器、電壓型逆變器構成主回路。整個(gè)系統按功率電路板、DSP控制板、電源、保護電路及信號檢測電路等進(jìn)行模塊化設計。
在該系統中，設置的轉速調節器的輸出作為電磁轉矩的給定信號，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制器取代通常的PI調節器，設置轉矩控制內環(huán)。它可以抑制磁鏈變化對轉速子系統的影響，從而使轉速和磁鏈子系統實(shí)現了近似的解耦。
因為定子磁鏈可表示為兩相靜止坐標系下電流iα1，iβ1和電壓uα1，uβ1的非線(xiàn)性函數。電磁轉矩可轉換成兩相電流和磁鏈的非線(xiàn)性函數。感應電動(dòng)機在定子坐標系下的方程為：