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基于Pi控制器的交流電機控制系統控制算法綜述
作者：
時(shí)間：2014-01-18
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
隨著(zhù)電力電子器件及微電子器件的迅速發(fā)展，以及現代控制理論在交流調速傳動(dòng)中的具體應用，從一般要求的小范圍調速傳動(dòng)到高精度、快響應、大范圍傳動(dòng)；從單機傳動(dòng)到多機傳動(dòng)協(xié)調運轉，幾乎都可采用交流傳動(dòng)。但交流電機本質(zhì)上是一個(gè)非線(xiàn)性的被控對象，電機參數在實(shí)際應用中會(huì )發(fā)生變化，而且可能存在比較嚴重的外部干擾。經(jīng)典控制理論不能克服負載、模型參數的大范圍變化及非線(xiàn)性因素的影響，因而控制性能將會(huì )受到影響。要獲得高性能的交流電機控制系統，就必須研究先進(jìn)的控制算法以彌補經(jīng)典控制的缺陷和不足。近年來(lái)，隨著(zhù)現代控制理論的發(fā)展，先進(jìn)控制算法被廣泛應用于交流電機控制系統，例如自適應控制、滑模變結構控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、模糊控制等，并取得一定成果。因此，這里將簡(jiǎn)要介紹目前交流電機控制系統中應用較多的幾種控制算法。
2 交流電機控制系統的控制算法
2．1 PI控制
PI控制器以其簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用的特性，廣泛應用于交流電機控制系統。交流電機調速系統的速度環(huán)和電流環(huán)調節器均使用PI 控制器。但交流電機是一個(gè)強耦合的非線(xiàn)性對象，并且其應用環(huán)境較為復雜且常常存在各種干擾，電機參數也會(huì )在運行過(guò)程中發(fā)生變化。因此，PI控制器在交流電機調速中由于自身特點(diǎn)還存在不足，例如：PI控制器直接獲取目標和實(shí)際之間的誤差，這樣就會(huì )由于初始控制力太大而出現超調，從而無(wú)法解決快速性和穩定性之間的矛盾；控制過(guò)程中，PI參數一旦確定，則無(wú)法在線(xiàn)自調整以適應對象參數的變化，即同一PI參數一般難以適用不同電機轉速；PI控制器參數適用控制對象范圍小。所以交流電機采用PI控制難以取得令人滿(mǎn)意的調速性能，尤其是在對控制精度要求較高的場(chǎng)合。近年來(lái)，出現了模糊PI、自適應PI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )PI等新型PI控制器，在一定程度上改善、提高了交流電機的調速性能。
2．2 模糊控制
模糊控制是利用模糊集合來(lái)刻畫(huà)人們日常所使用概念中的模糊性，使控制器更逼真模仿熟練操作人員和專(zhuān)家的控制經(jīng)驗與方法。模糊控制是以模糊集合論、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。模糊控制的突出特點(diǎn)：無(wú)需建立被控對象的精確數學(xué)模型；系統的魯棒性強，適應于解決常規控制難以解決的非線(xiàn)性、時(shí)變及滯后問(wèn)題；以語(yǔ)言變量代替常規的數學(xué)變量；推理過(guò)程模仿人的思維過(guò)程，借鑒專(zhuān)家的知識、經(jīng)驗，處理復雜的控制問(wèn)題。
模糊控制作為一種智能控制技術(shù)，是模糊集合理論應用的一個(gè)重要方面。其主要思想是吸取人類(lèi)思維具有模糊性的特點(diǎn)，通過(guò)模糊邏輯推理來(lái)實(shí)現對眾多不確定性系統的有效控制。其設計核心是模糊控制規則和隸屬度函數的確定，其一般結構如圖1所示。
模糊控制的不足之處：本身消除穩態(tài)誤差的性能較差，難以達到較高的控制精度。目前，模糊控制在交流控制領(lǐng)域的應用研究取得一些成果，但仍存在有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題，如基于模糊控制的交流控制系統的穩定性分析，如何保證系統的穩定性；模糊控制規則難以確定，對不同的電機和運行環(huán)境，模糊規則需要分別設計；缺乏系統而有規律的模糊規則設計方法等。
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