基于加速度模糊控制下的異步電動(dòng)機雙饋系統分析

摘要：隨著(zhù)速度調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)機控制的要求被提上議程，特別在電動(dòng)機加減速情況下，這種對于改善電流畸變和異步電動(dòng)機穩定性的要求就更加強烈。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)調控策略，通過(guò)仿真驗證了該策略能有效改善電動(dòng)機運行過(guò)程中的局部粗糙，使輸出波形與運行特性平滑穩定。
關(guān)鍵詞：加速度；模糊控制；雙饋

加速度作為考察電動(dòng)機運行過(guò)程的重要參數，能有效反映電動(dòng)機突然加減速下的不穩定狀態(tài)，為避免由于這種不穩定所產(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)機振動(dòng)及電動(dòng)機型號不同時(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)機的實(shí)際運行狀況，而且由于加速度的直接測量省去了間接測量后的計算轉換誤差，在一定程度上保證了測量結果的可靠性及實(shí)用性。另一方面，隨著(zhù)異步電動(dòng)機的廣泛應用，人們發(fā)現，使用傳統速度閉環(huán)調控機制，電動(dòng)機在加減速過(guò)程中容易發(fā)生速度SPWM占空比加得過(guò)大，出現打滑導致空轉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(guò)程是解決這類(lèi)高精度、實(shí)時(shí)調控問(wèn)題的一種有效思路方法。雖然通過(guò)以智能控制為基礎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(jiàn)。
引入加速度調控方式最大優(yōu)勢在于能有效改善調控局部精度，配合傳統關(guān)于速度下的調控策略建立以加速度模糊控制為策略的雙饋調控機制，能使電動(dòng)機整個(gè)過(guò)程都平緩穩定，結合模糊控制，能有效保證系統的魯棒性及糾錯精度，以期異步電動(dòng)機的運行品質(zhì)得以提升。

1 模糊控制和傳統速度閉環(huán)調控的相關(guān)理論
在傳統轉速閉環(huán)矢量變頻控制系統中，反饋回路通過(guò)異步電動(dòng)機電流檢測引出，結合電流模型法解耦得到轉子磁鏈ψ、磁場(chǎng)定位角θ及轉矩電流i，求得電機測量轉矩T，與Tω相比較構成轉矩反饋。而對電機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)機模型輸出ω給定。基于加速度模糊控制下的雙饋系統仍是以原始速度環(huán)為基礎的閉環(huán)控制系統，引入加速度模糊控制環(huán)是出于對速度環(huán)波動(dòng)不穩、諧波較多等不良情況下的改善，以期通過(guò)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、減速的運行時(shí)間，從而在保證達到規定速度的同時(shí)，獲得節能效果。
但是應該看到，加速度是一個(gè)噪聲影響性強、變化波動(dòng)劇烈、非線(xiàn)性的參量，要對其加以控制，傳統控制平臺已不適用。模糊控制系統是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制，它不需要建立對象的精確數學(xué)模型，只要求把現場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗和數據總結成比較完善的語(yǔ)言控制規則，因此它能繞過(guò)對象的不確定性、不精確性，噪聲以及非線(xiàn)性、時(shí)變性、時(shí)滯等影響，模糊控制系統的魯棒性強，尤其對像此處a強時(shí)變耦合的非線(xiàn)性系統具有良好的適應性。
另外，通過(guò)在系統中引入ITAE和P兩個(gè)性能指標實(shí)現穩定性分析，以期能及時(shí)準確地觀(guān)測系統輸出跟蹤控制輸入的變化情況。ITAE是時(shí)間乘以誤差絕對值積累的性能指標，能夠綜合評價(jià)控制系統的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)對多個(gè)加權因子進(jìn)行尋優(yōu)，離散形式為：
△JITAE=t|E|△T (1)
選取超調量P作為衡量模糊控制的精確度指標，對于期望輸出yk，而實(shí)際的輸出，則有：


2 關(guān)于加速度下的系統設計
圖1為加速度調控雙饋系統工作流程，該系統主要包括了加速度和速度反饋雙環(huán)、模糊控制系統、異步電動(dòng)機及其他相關(guān)模塊。

圖中ASR：速度調節器，Aψ：磁鏈調節器，ATR：轉矩調節器，BRT：轉速傳感器，converter：ψ-T轉化器，
在此系統中，以電動(dòng)機加速度和速度作狀態(tài)空間，建立計算矩陣為：

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