感應電機直接轉矩控制系統中的模糊控制研究

2 常用模糊控制器在控制系統中的應用
2．1 控制器
傳統直接轉矩控制系統采用Bang―Bang控制，滯環(huán)調節器的容差影響磁鏈和轉矩脈動(dòng)。容差大小是一個(gè)模糊量，無(wú)法根據磁鏈、轉矩誤差的量確定數學(xué)模型，采用模糊控制，根據經(jīng)驗知識來(lái)確定容差不失為一明智選擇。采用的模糊控制器只有兩個(gè)輸入變量，轉矩誤差和磁鏈角，其輸出變量為占空比，通過(guò)控制規則選擇合適占空比，減小了低速下磁鏈和轉矩脈動(dòng)。采用磁鏈誤差、轉矩誤差和電機工作點(diǎn)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(diǎn)作為模糊控制器輸入變量，在轉矩和轉速為坐標軸坐標系中，按工作時(shí)轉矩、轉速所占額定值的百分比確定工作點(diǎn)，按轉矩轉速百分比相等線(xiàn)左右各分3個(gè)區。文獻根據異步電機定子磁鏈偏差和轉矩偏差以及定子磁鏈的所在位置，運用模糊邏輯技術(shù)動(dòng)態(tài)地得到電機所期望的空間電壓矢量，再結合SVM技術(shù)實(shí)現對異步電機的控制。
直接轉矩控制中都采用速度閉環(huán)控制，以增強控制系統對外界擾動(dòng)的抗干擾能力和適應負載變化的能力。將給定轉速和反饋速度(估算或檢測)的差值作為速度調節器的輸入信號，由速度調節器根據速度的變化產(chǎn)生轉矩給定Tg信號。常用的速度反饋中，都采用PI控制器，但系統參數一旦選定，不能根據實(shí)際情況改變，沒(méi)有自適應能力。因此，文獻提出通過(guò)選用速度誤差和誤差變化率作為模糊變量，通過(guò)控制規則來(lái)實(shí)現速度跟隨，提高了系統的響應速度和穩態(tài)精度。
2．2 辨識器
文獻中，提出一種模糊估計器，用來(lái)估算定子電阻。直接轉矩控制采用電壓模型觀(guān)測磁鏈在低速下誤差較大，從而導致轉矩脈動(dòng)大。通過(guò)辨識定子電阻的變化，進(jìn)而估算轉矩和磁鏈誤差，然后根據轉矩誤差和磁鏈誤差選擇電壓空間矢量，對磁鏈進(jìn)行補償。

3 復合模糊控制器在控制系統中的應用
模糊控制在實(shí)際應用過(guò)程中存在一些缺陷。首先對于時(shí)變參數非線(xiàn)性系統，尤其是電機的控制要求快速準確，模糊控制所依賴(lài)的控制規則卻缺乏在線(xiàn)自學(xué)習或自調整的能力。其次，模糊控制器的變量論域是固定的，無(wú)法使整個(gè)被控對象的穩態(tài)誤差降到最低。若要提高精度，勢必要增加量化級數。導致推理時(shí)間過(guò)長(cháng)，系統實(shí)時(shí)性差。另外，模糊控制系統的設計尚缺乏系統性，無(wú)法定義控制目標，而控制規則的選擇、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，這對復雜系統難以湊效。因此，人們在模糊控制的自學(xué)習或是自調整能力方面已開(kāi)展了許多研究，設計了多種不同類(lèi)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(luò )控制器等。
3．1 模糊PID控制
傳統的模糊控制器其變量論域是固定的，無(wú)法使整個(gè)被控對象的穩態(tài)誤差降到最低。若要提高精度，勢必要增加量化級數，導致推理時(shí)間過(guò)長(cháng)，系統實(shí)時(shí)性差。對于要求響應更快和穩態(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(jiǎn)單易行，控制性能較好的特點(diǎn)，但是其參數是固定的，不能適時(shí)調整，在多變量、高階和非線(xiàn)性的交流系統，無(wú)法達到最優(yōu)效果。文獻將傳統PID速度調節器和模糊理論結合，使該控制器可依據速度誤差和速度誤差變化率在線(xiàn)調整傳統PID控制器的參數，增加了速度調節的自適應能力，提高了系統的響應速度
3．2 自適應模糊控制器
由于交流電機參數受溫度和磁路飽和的影響，具有嚴重的非線(xiàn)性，實(shí)際調速系統的轉速設定范圍變化較大，常規模糊控制器較難高性能地適應。獲得常規模糊控制器規則，只能憑人的一般經(jīng)驗設計，再經(jīng)過(guò)實(shí)驗反復調整，不僅費時(shí)費力、很難優(yōu)化，而且量化因子、比例因子的選取對系統的性能影響很大，一旦這些因子確定后，系統的參數、給定或擾動(dòng)變化過(guò)大時(shí)，則滿(mǎn)足不了該系統在時(shí)變情況下響應速度快、穩態(tài)精度高的要求。在低速時(shí)，系統甚至無(wú)法運行。自適應控制在被控對象未知或被控對象參數發(fā)生改變時(shí)，能調整控制器的控制方法或參數，將自適應理論引入模糊控制能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。文獻提出一種自適應模糊PD型速度調節器，應用于模糊直接轉矩控制系統。該調節器輸出部分的比例因子可以根據速度的實(shí)時(shí)變化趨勢經(jīng)自適應調整機構的模糊規則庫在線(xiàn)調整，解決了常規模糊控制器在控制過(guò)程中參數不變帶來(lái)的問(wèn)題，滿(mǎn)足了異步電機模糊直接轉矩控制系統響應速度快、穩態(tài)精度高、調速范圍寬的要求。