異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：矢量控制技術(shù)是一種高性能的交流電動(dòng)機(jī)控制策略，解決了交流電機(jī)解耦與轉(zhuǎn)矩控制的問題，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到直流電機(jī)的控制效果。文章根據(jù)異步電機(jī)矢量控制的基本原理，在傳統(tǒng)PI控制模型的基礎(chǔ)上加入模糊自適應(yīng)現(xiàn)代控制思想。實(shí)驗(yàn)結(jié)果較傳統(tǒng)控制有更好的響應(yīng)速度與動(dòng)態(tài)性能，驗(yàn)證了所建電機(jī)矢量控制系統(tǒng)模型的可行性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：異步電機(jī)；矢量控制；模糊PI調(diào)節(jié)

1 變頻調(diào)速發(fā)展現(xiàn)況

變頻技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中對(duì)于節(jié)約電力的使用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改善工業(yè)生產(chǎn)的過程、增強(qiáng)生產(chǎn)的效率和拓寬產(chǎn)品的使用環(huán)境以及突破技術(shù)瓶頸，產(chǎn)生技術(shù)的飛躍式發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。20世紀(jì)70年代以后，大規(guī)模集成電路有了快速的發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)來控制系統(tǒng)的運(yùn)行也登上了技術(shù)發(fā)展的舞臺(tái)，加之現(xiàn)代控制理論技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行條件有了很大的拓寬。

使用矢量控制的方式，可以加快變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，做到頻率和電壓的隨動(dòng)性。同時(shí)，矢量控制系統(tǒng)響應(yīng)快，調(diào)速范圍廣，對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制。在對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求高的場(chǎng)合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞[1]，因此文章將采用矢量控制調(diào)速。

2 模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器

交流調(diào)速系統(tǒng)的根本還是歸結(jié)于電機(jī)的速度控制，目前的控制方式中，大量采用的仍然是傳統(tǒng)的PI控制。為了解決PI控制調(diào)節(jié)器過分依賴于被控對(duì)象參數(shù)的缺點(diǎn)，在電機(jī)的速度控制中引入模糊控制理論。模糊控制具有不依賴于被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型，便于利用專家經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)性、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠很好的克服交流調(diào)速系統(tǒng)中模型和環(huán)境參數(shù)的變化[2]。

2.1 模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器的工作原理

模糊自適應(yīng)PI控制器系統(tǒng)由PI控制器和模糊推理系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，PI控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，模糊推理系統(tǒng)以誤差e和誤差變化ec作為輸入，根據(jù)PI控制器的兩個(gè)參數(shù)ΔKp、ΔKi與偏差e和偏差的變化ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時(shí)不斷檢測(cè)偏差e及偏差變化ec，通過事先確定的關(guān)系，利用模糊推理的方法，在線修改PI控制器的兩個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。

2.2 模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器的控制方法

模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器通過不斷的檢測(cè)偏差e和偏差變化ec，對(duì)Kp和Ki進(jìn)行調(diào)整，從而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的調(diào)速性能，在常規(guī)PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上應(yīng)用模糊控制原理構(gòu)建了模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器。在這里選擇PI控制器參數(shù)的增量ΔKp、ΔKi作為模糊控制器的輸出。

3 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模與仿真

為了盡可能的使仿真模型簡(jiǎn)化，文章采用了電流和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的控制方式。同時(shí)為了使仿真時(shí)間盡可能的短且達(dá)到一定精度，選用了離散控制系統(tǒng)。

3.1 矢量控制器

3.2 轉(zhuǎn)速改變的仿真結(jié)果

分別采用常規(guī)PI速度調(diào)節(jié)器和模糊自適應(yīng)PI速度調(diào)節(jié)器對(duì)異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真比較，下面給出了相應(yīng)速度仿真曲線，如圖2。

仿真結(jié)果表明，模糊自適應(yīng)PI速度控制器增強(qiáng)了系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)的自適應(yīng)能力，無論是在較高還是較低轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)都具有超調(diào)量小，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 轉(zhuǎn)速和負(fù)載均改變的仿真結(jié)果

現(xiàn)實(shí)情況下電機(jī)往往有負(fù)載轉(zhuǎn)矩，而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)發(fā)生突然變化。因此我們就需要考慮轉(zhuǎn)速和負(fù)載都改變情況下的系統(tǒng)響應(yīng)。這樣依然使用上一小節(jié)的方法，把原來系統(tǒng)中的負(fù)載輸入也換成step模塊。速度初始值為120，在1.5秒時(shí)增加為160rad/s。轉(zhuǎn)矩初始為0，在2.2秒增加為200N*m。仿真結(jié)果如圖3所示。

4 結(jié)束語

文章將模糊自適應(yīng)PI速度調(diào)節(jié)器引入異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)PI控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度。仿真結(jié)果表明，模糊自適應(yīng)PI速度調(diào)節(jié)器超調(diào)量小，響應(yīng)速度快，大大的改善了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)的自適應(yīng)能力，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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