交流電機(jī)控制策略的發(fā)展綜述

1、交流電機(jī)控制策略的發(fā)展綜述摘要：對(duì)交流電機(jī)的控制方法進(jìn)行了科學(xué)分類(lèi)，可分為基于穩(wěn)態(tài)模型的控制方法和基于動(dòng)態(tài)模型的控制方法兩大類(lèi)，其中后者又可分為基本控制方法（也即矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制）、線(xiàn)性控制方法、非線(xiàn)性控制方法、智能控制四類(lèi)。全面綜述地分析和比較了它們的原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、適用范圍及應(yīng)用情況。每種控制策略都有各自特點(diǎn)，在電機(jī)控制應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)性能要求，選用與之相應(yīng)的控制方法，以取得最佳性能。每種控制方法都還存在缺陷，指出了交流電機(jī)控制算法的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：交流傳動(dòng)；交流電機(jī)；控制策略；矢量控制；直接轉(zhuǎn)矩控制Abstract：AC motor control methods are sci

2、entifically classified，which can be divided into two categories, namely control methods based on both steady-state model and dynamic model，and the latter can be divided into four categories including the basic control methods（that is，vector control and direct torque control），linear control methods，n

3、onlinear control methods and intelligent control methodsThe principles，advantages and disadvantages，scopes and applications of these control methods arecomprehensively analyzed and comparedEach control method has its own characteristics，in application of motor control，the appropriate control method

4、should be selected to achieve the optimal performance according to performance requirementsIn addition，each control method has its drawbacks，the developing trends of AC motor control algorithm are also prospectedKey words：AC drive；AC motor；control strategy；vector control；direct torque control隨著電力電子技

5、術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及控制理論的發(fā)展，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性完全可以和直流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美，交流傳動(dòng)系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用，交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)已逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。由于交流電機(jī)本質(zhì)上為非線(xiàn)性、多變量、強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變、大干擾的復(fù)雜對(duì)象，它的有效控制一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，現(xiàn)已提出了多種控制策略與方法。其中經(jīng)典線(xiàn)性控制不能克服負(fù)載、模型參數(shù)的大范圍變化及非線(xiàn)性因素的影響，控制性能不高；矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制也存在一些問(wèn)題；近年來(lái)，隨著現(xiàn)代控制和智能控制的理論發(fā)展，先進(jìn)控制算法被應(yīng)用于交流電機(jī)控制，并取得一定成果。這些方法各有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體要求適當(dāng)選擇，才能實(shí)現(xiàn)最佳效果。因此，

6、全面了解各種控制策略非常重要。本文將對(duì)當(dāng)前交流電機(jī)常用控制策略進(jìn)行了全面地分析和比較，給出其優(yōu)缺點(diǎn)，并指出發(fā)展方向。1 交流電機(jī)的控制算法1.1 基于交流電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的控制方法常用的穩(wěn)態(tài)模型控制方案有開(kāi)環(huán)恒V/f 比控制（即電壓/頻率=常數(shù)）和閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制。（1） 恒壓頻比控制（Constant V/f Control，VFC） 此法是從變壓變頻基本控制方式出發(fā)的且不帶速度反饋的開(kāi)環(huán)控制方式。由于在額定頻率以下，若電壓一定而只降低頻率，那么氣隙磁通就要過(guò)大，造成磁路飽和，嚴(yán)重時(shí)燒毀電機(jī)。為了保持氣隙磁通不變，VFC 采用感應(yīng)電勢(shì)與頻率之比為常數(shù)的方式進(jìn)行控制。此法優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，

7、控制運(yùn)算速度要求不高等。此法缺點(diǎn)：開(kāi)環(huán)控制的調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能較差；只控制了氣隙磁通，而不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，性能不高；由于不含有電流控制，起動(dòng)時(shí)必須具有給定積分環(huán)節(jié)，以抑制電流沖擊；低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩不足，需轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。（2） 閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制（ Close-loop Slip Frequency Control，SFC）此法是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式。在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在轉(zhuǎn)差率很小的變化范圍內(nèi)，只要維持電機(jī)磁鏈不變，電機(jī)轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比，因此控制轉(zhuǎn)差角頻率即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。此法優(yōu)點(diǎn)：基本上控制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩，提高了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。此法缺點(diǎn)：不能真正控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的轉(zhuǎn)

8、矩，動(dòng)態(tài)性能不理想。上述兩種控制方法基本上解決了電機(jī)平滑調(diào)速問(wèn)題，但系統(tǒng)的控制規(guī)律是只依據(jù)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，沒(méi)有考慮過(guò)渡過(guò)程，系統(tǒng)在穩(wěn)定性、起動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)等動(dòng)態(tài)性能不高；轉(zhuǎn)矩和磁鏈?zhǔn)请妷悍导邦l率的函數(shù)，當(dāng)僅控制轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于I/O 間的耦合會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢，即使有很好的控制方案，交流電機(jī)也很難達(dá)到直流電機(jī)所能達(dá)到的性能。但這兩種控制的規(guī)律簡(jiǎn)單，目前仍在一般調(diào)速系統(tǒng)中采用，它們適用于動(dòng)態(tài)性能要求不高的交流調(diào)速場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載。1.2 基于交流電機(jī)動(dòng)態(tài)模型的控制方法1.2.1 交流電機(jī)的基本控制方法要獲得高動(dòng)態(tài)性能，必須依據(jù)交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是非線(xiàn)性多

9、變量的，其輸入變量為定子電壓和頻率，輸出變量為轉(zhuǎn)速和磁鏈。當(dāng)前最成熟的控制方法有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種。（1）矢量控制（Vector Control，VC）它是由Blasehke F.在1971 年提出。根據(jù)電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用矢量變換方法，將異步電機(jī)模擬成直流電機(jī)，從而獲得良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能。它可分為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制和定子磁場(chǎng)定向控制兩種，其中轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制以轉(zhuǎn)子磁鏈為參考坐標(biāo)，通過(guò)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換，將定子電流分解成產(chǎn)生磁鏈的勵(lì)磁分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，并使兩分量相互獨(dú)立而解耦，然后分別對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩獨(dú)立控制。通常的控制策略是保持勵(lì)磁電流不變，改變轉(zhuǎn)矩電流來(lái)控制電

10、機(jī)轉(zhuǎn)矩；定子磁場(chǎng)定向控制是將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d 軸放置在定子磁場(chǎng)方向上，有利于定子磁通觀(guān)測(cè)器的實(shí)現(xiàn)，減弱轉(zhuǎn)子回路參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，但低速運(yùn)行時(shí)，定子電阻壓降不容忽略，反電勢(shì)測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致定子磁通觀(guān)測(cè)不準(zhǔn)，影響系統(tǒng)性能。若采用轉(zhuǎn)子方程實(shí)現(xiàn)磁通觀(guān)測(cè)，會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜性。此法優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦，可對(duì)它們分別獨(dú)立控制，明顯改善了控制性能。此法缺點(diǎn)：對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性大，而電機(jī)參數(shù)存在時(shí)變性，難以達(dá)到理想的控制效果；即使電機(jī)參數(shù)與磁鏈能被精確測(cè)量，也只有穩(wěn)態(tài)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)解耦，弱磁時(shí)耦合仍然存在；需假設(shè)電機(jī)中只有基波正序磁勢(shì)，太理論化，不完全符合實(shí)際；若解耦后的控制回路采用普通PI 調(diào)節(jié)器，其

11、性能受參數(shù)變化及各種不確定性影響嚴(yán)重。矢量控制已獲得非常廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)控制，且為克服其缺點(diǎn)，它常與其他控制方法相結(jié)合來(lái)使用。（2） 直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control，DTC）它是由德國(guó)Depenbrock M.于1985 年提出，它摒棄了解耦思想，直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，不需要復(fù)雜的變換與計(jì)算，把電機(jī)和逆變器看成一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算定子磁通和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)PWM 逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩。 此法優(yōu)點(diǎn)：控制思路新穎，采用“砰-砰”控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，無(wú)需對(duì)定子電流解耦，靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良；采用定子磁鏈進(jìn)行磁場(chǎng)定向，只要知

12、道定子電阻就可以把它觀(guān)測(cè)出來(lái)，使系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性；可被推廣到弱磁調(diào)速范圍。此法缺點(diǎn)：功率開(kāi)關(guān)器件存在一定的通、斷時(shí)間，為防止同一橋臂的兩開(kāi)關(guān)發(fā)生直通而短路，必須在控制信號(hào)中設(shè)置死區(qū)，但死區(qū)會(huì)使在各調(diào)制周期內(nèi)引起微小畸變，畸變積累后會(huì)使逆變器的輸出電流產(chǎn)生畸變，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速時(shí)死區(qū)效應(yīng)更明顯；低速時(shí)定子電阻的變化引起的定子電流和磁鏈的畸變；對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)頻率提高的限制較大；無(wú)電流環(huán)，不能做電流保護(hù)，需加限流措施。此法已逐步大量 用于交流電機(jī)控制，且為克服它的缺點(diǎn)，常與其他控制方法相結(jié)合。VC 和DTC 兩法表面上不同，控制性能上各有特色，但本質(zhì)是相同的，都采用轉(zhuǎn)矩、磁鏈分別控制，其

13、中轉(zhuǎn)矩控制環(huán)（或電流的轉(zhuǎn)矩分量環(huán)）都處于轉(zhuǎn)速環(huán)的內(nèi)環(huán)，可抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)近似解耦。1.2.2 交流電機(jī)的線(xiàn)性控制方法 在VC和DCT兩種基本的電機(jī)動(dòng)態(tài)模型控制方法基礎(chǔ)上，采用解耦后的線(xiàn)性控制或非線(xiàn)性控制可以構(gòu)成高性能的控制系統(tǒng)，需要要解決的問(wèn)題是提高系統(tǒng)的魯棒性，以克服參數(shù)變化和各種擾動(dòng)的影響。傳統(tǒng)的電機(jī)控制一般采用線(xiàn)性模型和線(xiàn)性控制，控制結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)（速度環(huán)和電流環(huán)）或三環(huán)（磁鏈環(huán)）結(jié)構(gòu)。（1）PID控制（PID Control）PID 控制問(wèn)世已有70 多年了，它是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。由于其簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用的特性，目

14、前仍是應(yīng)用最為廣泛的控制算法。此法優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理意義明確，穩(wěn)定性好，調(diào)整方便，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富。此法缺點(diǎn)：僅適于線(xiàn)性、定常對(duì)象的控制，但不適于非線(xiàn)性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜對(duì)象的控制。由于交流電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的非線(xiàn)性對(duì)象，且存在多種干擾，電機(jī)參數(shù)也會(huì)變化，此法無(wú)法在線(xiàn)自適應(yīng)對(duì)象參數(shù)的變化，控制參數(shù)適用控制對(duì)象范圍小，難以取得滿(mǎn)意的控制效果。近年來(lái)，出現(xiàn)了PID 控制與其他控制相結(jié)合的多種新型PID 控制，如自適應(yīng)PI、模糊PI、神經(jīng)PI 等控制，它們?cè)谝欢ǔ潭壬细纳屏穗姍C(jī)的調(diào)速性能。（2） 內(nèi)?？刂疲↖nternal Model Control，IMC）它是由Garcia 和Mo

15、tari 于1982 年提出的，是在Smith 預(yù)估基礎(chǔ)上擴(kuò)展的一種基于過(guò)程模型的控制策略。它通過(guò)對(duì)控制器的重新設(shè)計(jì)，增加了濾波環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的魯棒性。此法優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)直觀(guān)；在線(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)少，調(diào)整容易；跟蹤調(diào)節(jié)好，魯棒性強(qiáng)，抗擾性高；特別適合于時(shí)滯系統(tǒng)的控制。此法缺點(diǎn)：需要被控對(duì)象的內(nèi)部模型，且當(dāng)模型失配時(shí)，控制效果變差，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)；對(duì)難以建立模型、存在不確定及非線(xiàn)性的復(fù)雜對(duì)象，難以取得滿(mǎn)意的控制效果。此法已被用于電機(jī)VC 控制中的電流調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好，且對(duì)參數(shù)變化的敏感性小。目前，此法已擴(kuò)展到了多變量、非線(xiàn)性系統(tǒng)，還與自適應(yīng)、預(yù)測(cè)、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他控制方法結(jié)合，取

16、得了更好的控制效果。（3）最優(yōu)控制（Optimal Control，OC）它是由Bellman R E 等于1957 年提出的方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在滿(mǎn)足一定約束條件下，尋求最優(yōu)控制策略，使得系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到極值。它的常用基本方法為動(dòng)態(tài)規(guī)劃、最大值原理和變分法。已在線(xiàn)性二次型調(diào)節(jié)、時(shí)間最短、能耗最小等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。此法優(yōu)點(diǎn)：可用于MIMO 系統(tǒng)、非線(xiàn)性及時(shí)變系統(tǒng)；各種沖突的設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)性能指標(biāo)函數(shù)自動(dòng)折中考慮，不依賴(lài)設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)；性能指標(biāo)函數(shù)不僅可考慮動(dòng)、靜態(tài)性能，還可結(jié)合能量消耗；線(xiàn)性二次型調(diào)節(jié)器的相位裕量至少60，幅度裕量無(wú)限大。此法缺點(diǎn)：對(duì)象維數(shù)不宜太高，否則計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，難以實(shí)際應(yīng)用；

17、建模要準(zhǔn)確，不能有未建模動(dòng)態(tài)，存在魯棒性問(wèn)題；存在最優(yōu)化算法的簡(jiǎn)化和實(shí)用性問(wèn)題。VC 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍內(nèi)采取恒磁通控制策略，在輕載時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行在額定磁通會(huì)引起過(guò)度鐵芯損耗，導(dǎo)致電機(jī)效率降低。采用基于模型的最小損耗函數(shù)控制對(duì)輕載穩(wěn)態(tài)時(shí)的效率進(jìn)行優(yōu)化，可減小鐵損，使銅損與鐵損達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)。（4）預(yù)測(cè)控制（Predictive Control，PC）它是由Richalet等于1978年提出，具有多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正三個(gè)基本特征，它不是采用不變的全局優(yōu)化目標(biāo)，而是采用滾動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略，使得在控制的全程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，而在控制的每步實(shí)現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化，及時(shí)彌補(bǔ)了模型失配、時(shí)變、干擾

18、等引起的不確定性，使控制保持實(shí)際上的最優(yōu)。它主要包括模型算法控制（MAC）、動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）、廣義預(yù)測(cè)控制（GPC）、預(yù)測(cè)函數(shù)控制（PFC）等多種算法。此法優(yōu)點(diǎn)：預(yù)測(cè)和優(yōu)化模式是對(duì)最優(yōu)控制的修正，建模方便；采用非最小化描述的離散卷積和模型，信息冗余量大，提高了魯棒性；采用滾動(dòng)優(yōu)化策略，使模型失配、畸變、干擾等引起的不確定性及時(shí)得到彌補(bǔ)，提高了抗擾性和適應(yīng)性；對(duì)模型精度要求不高，跟蹤性能良好，更適于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制。此法缺點(diǎn)：在線(xiàn)計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算量大；理論分析難以深入；對(duì)多變量預(yù)測(cè)控制算法的穩(wěn)定性、魯棒性的研究亟待解決；對(duì)非線(xiàn)性系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制還沒(méi)有很好地解決。針對(duì)傳統(tǒng)DCT 中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大問(wèn)

19、題，基于預(yù)測(cè)控制的空間電壓矢量調(diào)制被用于DCT 控制系統(tǒng)，它根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差值，通過(guò)矢量調(diào)制技術(shù)，預(yù)測(cè)出定子電壓空間矢量，明顯抑制了轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)。目前，此法已擴(kuò)展到了多變量、有約束、非線(xiàn)性系統(tǒng)，還與其他控制方法相結(jié)合，如與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊、自適應(yīng)、魯棒等控制，取得了更好的控制效果。（5） 灰色控制（Grey Control，GC）它是由鄧聚龍于1982 年提出。它通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)建立灰色預(yù)測(cè)模型，利用灰色預(yù)測(cè)模型的超前預(yù)測(cè)功能提前預(yù)測(cè)出系統(tǒng)變化的趨勢(shì)，并采取控制算法措施，可以克服系統(tǒng)時(shí)滯和參數(shù)時(shí)變等的不利影響，改善控制品質(zhì)。此法優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，所需樣本少，計(jì)算方便，易于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)；便于實(shí)現(xiàn)“滾

20、動(dòng)”式預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)精度可檢驗(yàn)，并可適當(dāng)優(yōu)化修正；灰色預(yù)測(cè)本身只能預(yù)測(cè)，它可與任何控制算法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)并提高相應(yīng)的控制功能。此法缺點(diǎn)：僅適合于單一指數(shù)規(guī)律發(fā)展且發(fā)展速度不快的系統(tǒng)，在其他增長(zhǎng)趨勢(shì)下預(yù)測(cè)的精度變差，且在數(shù)據(jù)離散程度較大時(shí)，精度下降很快；建模時(shí)極少使用確定性信息；計(jì)算復(fù)雜，且沒(méi)有考慮誤差的反饋調(diào)整；計(jì)算精度較低且不可控。此法被用于電機(jī)的DCT 控制系統(tǒng)，灰色預(yù)測(cè)用于下一狀態(tài)磁鏈、轉(zhuǎn)矩和磁鏈位置角，經(jīng)過(guò)模糊推理給出相應(yīng)的最佳控制方案。此法可解決電機(jī)參數(shù)變化及滯后效應(yīng)的影響。（6）自適應(yīng)控制（Adaptive Control，AC）它是Tsien H S.在1954 年發(fā)展起來(lái)的一種基于數(shù)學(xué)

21、模型的控制方法。它所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)較少，能隨著系統(tǒng)行為變化，不斷檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)或運(yùn)行指標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整控制規(guī)則與參數(shù)，補(bǔ)償過(guò)程特性或環(huán)境的變化，保證整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的性能指標(biāo)。它又分為線(xiàn)性與非線(xiàn)性?xún)深?lèi)。目前已比較成熟的線(xiàn)性自適應(yīng)控制主要有模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）和自校正控制（STAC）兩種。此法優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)在線(xiàn)修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象的變化，能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶來(lái)的魯棒性問(wèn)題。此法缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)模型的建立和運(yùn)算比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行辨識(shí)和校正需要一定時(shí)間，主要適于漸變和實(shí)時(shí)性不高的過(guò)程；處理非線(xiàn)性系統(tǒng)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的能力較差，在多輸出系統(tǒng)中的應(yīng)用尚不成

22、熟等。此法主要用來(lái)解決電機(jī)參數(shù)攝動(dòng)和各種擾動(dòng)引起的不確定性問(wèn)題，但對(duì)于因集膚效應(yīng)引起的電阻變化、因飽和作用產(chǎn)生的電感變化等較快的參數(shù)變化，就會(huì)因來(lái)不及校正而難以得到很好的動(dòng)態(tài)效果。目前，此法與其他方法結(jié)合形成了多種新方法。此外，線(xiàn)性自適應(yīng)控制已成熟，現(xiàn)主要研究模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、魯棒等非線(xiàn)性自適應(yīng)控制。1.2.3 交流電機(jī)的非線(xiàn)性控制方法VC 和DTC 兩種控制只是從物理關(guān)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩與磁鏈的近似解耦控制，沒(méi)有對(duì)電機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行全面的描述，且沒(méi)有或較少應(yīng)用控制理論。交流電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)非線(xiàn)性、多變量、強(qiáng)耦合、多擾動(dòng)的對(duì)象，應(yīng)直接采用魯棒控制或非線(xiàn)性控制，才能真正揭示問(wèn)題的本質(zhì)。近年來(lái)，隨著電力電

23、子與微處理器的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法成為可能，交流電機(jī)的非線(xiàn)性控制已成為研究熱點(diǎn)。（1）魯棒控制（Robust Control，RC）它是針對(duì)系統(tǒng)中存在一定范圍的不確定性而設(shè)計(jì)的控制器，使閉環(huán)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的同時(shí)，保證一定的動(dòng)態(tài)性能品質(zhì)。它包括基于性能指標(biāo)優(yōu)化的控制理論（Zames G. 1981 年提出的H控制為代表）、基于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性的魯棒性分析和設(shè)計(jì)（Doyle J C. 1982 年提出的 理論等）兩類(lèi)方法。此法優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于干擾、參數(shù)偏差以及系統(tǒng)噪聲有良好的穩(wěn)定性。此法缺點(diǎn)：權(quán)函數(shù)選取困難，依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)；仍屬模型的設(shè)計(jì)方法，需依參數(shù)不同及所選加權(quán)不同而重新設(shè)計(jì)控制器；只能在

24、允許的不確定性界內(nèi)保證系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性；只能處理非結(jié)構(gòu)性不確定問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)性不確定性問(wèn)題有局限性；只能優(yōu)化單一的H范數(shù)，不能與其他目標(biāo)函數(shù)綜合起來(lái)；控制器階次較高，算法復(fù)雜，難以實(shí)際應(yīng)用。H控制被用于電機(jī)控制中，它保證了對(duì)參數(shù)不確定系統(tǒng)的魯棒性和對(duì)外界擾動(dòng)的抑制作用。此法也常與自適應(yīng)、內(nèi)模等其他控制結(jié)合，以提高系統(tǒng)的性能。（2）滑模變結(jié)構(gòu)控制（Sliding Mode VaribaleStrueture Control，VSC）它是由Utkni 等1962 年提出的一種自適應(yīng)的非線(xiàn)性控制，Izosimov D.于1975 年將其引入到電機(jī)控制。它具有控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)變化的開(kāi)

25、關(guān)特性。它根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，讓系統(tǒng)沿著預(yù)先設(shè)計(jì)好的滑動(dòng)模態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。此法優(yōu)點(diǎn)：幾乎不依賴(lài)于模型，對(duì)干擾和未建模動(dòng)態(tài)具有較強(qiáng)的魯棒性；不需要在線(xiàn)辨識(shí)，控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)容易；對(duì)系統(tǒng)模型精度要求不高，控制規(guī)律簡(jiǎn)單，可協(xié)調(diào)動(dòng)、靜態(tài)間矛盾；有效降低系統(tǒng)的階數(shù)、簡(jiǎn)化控制；理論上可應(yīng)用到各類(lèi)非線(xiàn)性系統(tǒng)。此法缺點(diǎn)：頻繁高速的開(kāi)關(guān)切換會(huì)帶來(lái)高頻抖動(dòng)，這會(huì)激活系統(tǒng)的未建模高頻成分，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)，需用飽和切換函數(shù)；需要知道系統(tǒng)不確定性參數(shù)和擾動(dòng)的上、下界的準(zhǔn)確度影響系統(tǒng)魯棒性。此法對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化和負(fù)載轉(zhuǎn)矩振動(dòng)具有良好的魯棒性。目前，既能削弱抖動(dòng)而又不失強(qiáng)魯棒性的變結(jié)構(gòu)控制是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)也常將它與自適應(yīng)、

26、預(yù)測(cè)、無(wú)源性、反饋線(xiàn)性化、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，以達(dá)到更好的控制效果。（3）無(wú)模型控制（Model Free Control，MFC）它是由韓志剛、侯忠生等于1989 年提出的，利用一個(gè)新引入的偽梯度向量的概念，用動(dòng)態(tài)線(xiàn)性時(shí)變模型來(lái)替代一般非線(xiàn)性系統(tǒng)，并僅用受控系統(tǒng)的I/O 數(shù)據(jù)在線(xiàn)估計(jì)系統(tǒng)的偽梯度向量，實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。此法優(yōu)點(diǎn)：既是參數(shù)自適應(yīng)，又是結(jié)構(gòu)自適應(yīng)；僅利用系統(tǒng)I/O 數(shù)據(jù)，無(wú)需受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；無(wú)需辨識(shí)過(guò)程和控制器設(shè)計(jì)；方法原理簡(jiǎn)單，在線(xiàn)估計(jì)參數(shù)少，易于編程實(shí)現(xiàn)；可移植性好，跟蹤性能良好，魯棒性較強(qiáng)，能保證系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定。此法缺點(diǎn)：泛模型是非線(xiàn)性系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)單動(dòng)

27、態(tài)線(xiàn)性化，沒(méi)有完全避免系統(tǒng)的未建模動(dòng)態(tài)問(wèn)題；它的應(yīng)用受到對(duì)象的制約，應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮對(duì)象的特點(diǎn)，以更好地發(fā)揮其控制優(yōu)勢(shì)。此法已被應(yīng)用異步電機(jī)的控制中，實(shí)現(xiàn)了不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制。目前，它常與跟蹤微分器等其他控制結(jié)合，以便在線(xiàn)“挖掘”、“學(xué)習(xí)”更多的信息，改進(jìn)其控制性能。（4）Lyapunov 直接控制（Lyapunov DirectControl，LDC）它是在1892 年Lyapunov 提出的非線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定性直接判據(jù)的基礎(chǔ)是發(fā)展起來(lái)的，先對(duì)系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)“類(lèi)似能量”的純量函數(shù)，然后在保證該函數(shù)對(duì)時(shí)間的變化為負(fù)的前提下來(lái)設(shè)計(jì)控制器。此法優(yōu)點(diǎn)：具有全局漸進(jìn)穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)變化及外部擾動(dòng)有較強(qiáng)的

28、魯棒性；理論嚴(yán)格、物理意義清晰；方法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、響應(yīng)速度快；擺脫了I/O線(xiàn)性化方法中對(duì)重定義的輸出變量的依賴(lài)。此法缺點(diǎn)：沒(méi)有給出構(gòu)造Lyapunov函數(shù)的一般方法，在高維、強(qiáng)非線(xiàn)性系統(tǒng)中構(gòu)造Lyapunov函數(shù)很困難；Lyapunov能量函數(shù)向系統(tǒng)期望點(diǎn)收斂速度不可控，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能不理想。此法已在感應(yīng)電機(jī)控制領(lǐng)域得到了應(yīng)用，所設(shè)計(jì)的控制器較簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀(guān)測(cè)，且對(duì)電阻變化有較強(qiáng)的魯棒性。（5）無(wú)源性控制（Passivity-Based Control，PBC）它是由Ortega R.等于1995年提出的一種非線(xiàn)性反饋控制策略，通過(guò)利用輸出反饋使得閉環(huán)系統(tǒng)特性表現(xiàn)為一無(wú)源映射，配置系統(tǒng)

29、能量耗散特性方程中的無(wú)功分量“無(wú)功力”，迫使系統(tǒng)總能量跟蹤預(yù)期的能量函數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得被控對(duì)象的輸出漸近收斂到期望值。此法優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，物理意義明確；系統(tǒng)反饋不需要觀(guān)測(cè)器，直接利用輸出反饋；具有全局穩(wěn)定性，無(wú)奇異點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化及外來(lái)攝動(dòng)有較強(qiáng)魯棒性；選擇不同輸出函數(shù)和能量函數(shù)，可設(shè)計(jì)出多種無(wú)源控制器； 已成功應(yīng)用于EL（Euler-Lagrange，EL）方程所描述的控制系統(tǒng)，且EL 模型中有反對(duì)稱(chēng)矩陣，簡(jiǎn)化了無(wú)源控制律。此法缺點(diǎn)：在構(gòu)造存儲(chǔ)函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的Lagrange結(jié)構(gòu)常會(huì)被打破，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保證；Lyapunov 函數(shù)的構(gòu)造無(wú)規(guī)律可循。此法已被引入到電機(jī)控制中，采

30、用阻尼注入法使得電機(jī)嚴(yán)格無(wú)源，通過(guò)分析電機(jī)EL 能量模型，將電機(jī)分解成為兩個(gè)串連的無(wú)源子系統(tǒng)，采取輸出反饋等措施，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定。該系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)變化不敏感，但對(duì)負(fù)載參數(shù)變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)變磁通的完全跟蹤。目前主要研究轉(zhuǎn)矩漸近跟蹤、轉(zhuǎn)速漸近跟蹤及位置漸近跟蹤等PBC 方法，它還與其他控制結(jié)合，以達(dá)到最佳控制性能。（6）端口受控的耗散哈密頓（Port ControlledHiltonian with Dissipation，PCHD）它也是由Ortega R.等在1999 年提出的，是從無(wú)源性控制理論演化來(lái)的，解決了PBC 的Lagrange結(jié)構(gòu)常被破壞而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性得不到保證的問(wèn)題

31、。它用PCH 模型來(lái)表示系統(tǒng)，系統(tǒng)總的能量函數(shù)作為Hamilton 函數(shù)，以此判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性，把能量耗散的概念引入到PCH 系統(tǒng)。系統(tǒng)的反饋鎮(zhèn)定基于互聯(lián)和阻尼配置的無(wú)源性控制（IDA-PBC）能量成形方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣鎮(zhèn)定問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為求解偏微分方程。此法優(yōu)點(diǎn)：具有全局穩(wěn)定性和魯棒性；若選擇合適的阻尼注入，會(huì)收到好的動(dòng)、靜性能；設(shè)計(jì)具有靈活性；根據(jù)能量平衡關(guān)系，選擇期望的閉環(huán)Hamilton 函數(shù)，偏微分方程可轉(zhuǎn)成普通的微分方程，求解容易、計(jì)算量小、便于實(shí)現(xiàn)。此法缺點(diǎn)：缺乏必要的物理意義；直接求解偏微分方程難度大，計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)困難；尚處于研究與仿真的階段，還很不成熟。此法被應(yīng)用于電機(jī)速度控制中，

32、實(shí)現(xiàn)了速度和電流的雙閉環(huán)控制仿真，取得了很好的靜、動(dòng)態(tài)性能和較好的魯棒性。（7）反步控制（Backstepping Control，BC）它是由Kokotovic 等在1991 年提出的，它以L(fǎng)yapunov 能量函數(shù)的收斂性為目標(biāo)，將原來(lái)復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，引入虛擬控制量進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償，采用由前往后遞推的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)后面子系統(tǒng)的虛擬控制來(lái)保證前面子系統(tǒng)達(dá)到鎮(zhèn)定。另外，當(dāng)系統(tǒng)存在不確定性時(shí)，采用自適應(yīng)反步控制方法。此法優(yōu)點(diǎn)：能夠維持系統(tǒng)的全局一致漸近穩(wěn)定，保證系統(tǒng)跟蹤誤差漸近收斂；設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)明；對(duì)參數(shù)不確定性及外界干擾有魯棒性；基本解決了LDC 缺乏構(gòu)造性的問(wèn)題，給出了反向

33、設(shè)計(jì)尋求Lyapunov 函數(shù)的方法；不要求非線(xiàn)性系統(tǒng)滿(mǎn)足匹配條件，增廣匹配條件或者非線(xiàn)性增長(zhǎng)性約束條件。此法缺點(diǎn)：參數(shù)變化需滿(mǎn)足線(xiàn)性參數(shù)化條件；依賴(lài)于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；需要計(jì)算回歸函數(shù)，計(jì)算量成指數(shù)險(xiǎn)增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)難度較大；自適應(yīng)反步法要求系統(tǒng)的不確定性必須轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性參數(shù)未知的不確定性，且在確定和計(jì)算回歸矩陣時(shí)比較煩瑣；僅適于可狀態(tài)線(xiàn)性化或具有嚴(yán)格參數(shù)反饋的不確定非線(xiàn)性系統(tǒng)。此法已被用于電機(jī)的控制中，在電機(jī)參數(shù)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等未知的情況下，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，將電機(jī)分為兩個(gè)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，克服這些不確定性影響，確保磁鏈和轉(zhuǎn)速的跟蹤特性和系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性17。為提高電機(jī)控制性能，它常與自適應(yīng)

34、、變結(jié)構(gòu)、魯棒、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制或與擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器相結(jié)合使用。（8）映射線(xiàn)性化控制如果運(yùn)用某種方法將非線(xiàn)性系統(tǒng)變換成相應(yīng)的線(xiàn)性系統(tǒng)，便能用線(xiàn)性控制方法進(jìn)行控制。現(xiàn)主要有反饋線(xiàn)性化、逆系統(tǒng)兩種線(xiàn)性化控制方法。 反饋線(xiàn)性化控制（Feedback LinearizationControl，F(xiàn)LC）它是由Brockett R W.在1976 年提出且基于微分幾何的線(xiàn)性化解耦控制方法。基于微分幾何的非線(xiàn)性控制方法包括靜態(tài)/動(dòng)態(tài)反饋線(xiàn)性化、I/O 線(xiàn)性化、非線(xiàn)性觀(guān)測(cè)器和擾動(dòng)解耦。其中反饋線(xiàn)性化通過(guò)狀態(tài)的微分同胚和非線(xiàn)性狀態(tài)反饋控制，把狀態(tài)空間按非線(xiàn)性坐標(biāo)變換的方法轉(zhuǎn)換為同維的流形，從而將非線(xiàn)性系統(tǒng)變換為線(xiàn)性

35、系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了反饋線(xiàn)性化，進(jìn)而可采用線(xiàn)性系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)控制器。此法優(yōu)點(diǎn)：具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)象完全解耦；可抑制參數(shù)變化和外部干擾的影響。此法缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)工具較抽象，控制算法較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難；依賴(lài)于對(duì)象的精確模型，不具備對(duì)模型和參數(shù)不確定的魯棒性；需要全狀態(tài)可測(cè)量，需要精確抵消動(dòng)態(tài)；存在奇異點(diǎn)的問(wèn)題；局限于仿射非線(xiàn)性系統(tǒng)。VC 在弱磁升速或調(diào)整磁鏈幅值時(shí)，解耦條件將受到破壞，難以取得好的動(dòng)態(tài)性能。此法被用于電機(jī)控制中，可對(duì)電機(jī)進(jìn)行全局的完全解耦且線(xiàn)性化的控制，它將電機(jī)模型完全解耦成磁鏈和轉(zhuǎn)速兩個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)性單變量系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)按線(xiàn)性控制理論分別設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。為消除需要精確知

36、道系統(tǒng)的參數(shù)的缺點(diǎn)，它常與自適應(yīng)、灰色、變結(jié)構(gòu)、魯棒、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，提高系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)和負(fù)載變化的魯棒性。 逆系統(tǒng)控制（Inverse System Control，ISC）它是由Widrow B.于1986年提出的一種直接反饋線(xiàn)性化的方法，先用給定對(duì)象的模型生成一種可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的原系統(tǒng)的階積分逆模型，將之串聯(lián)在被控對(duì)象的前面，原對(duì)象被補(bǔ)償為具有線(xiàn)性傳遞關(guān)系且已解耦的偽線(xiàn)性規(guī)范化系統(tǒng)，再用線(xiàn)性系統(tǒng)理論來(lái)完成偽線(xiàn)性系統(tǒng)的控制。此法優(yōu)點(diǎn)：避免了微分幾何的復(fù)雜繁瑣理論束縛；不局限于仿射非線(xiàn)性系統(tǒng)；直觀(guān)簡(jiǎn)明，容易理解和應(yīng)用。此法缺點(diǎn)：要求被控系統(tǒng)的模型精確可知，需要求出逆系統(tǒng)的解析表達(dá)式，

37、且須滿(mǎn)足系統(tǒng)可逆性條件；控制精度依賴(lài)于逆模型的精度，自適應(yīng)性和魯棒性差。此法已被應(yīng)用于電機(jī)控制，將電機(jī)解耦成轉(zhuǎn)速與磁鏈兩個(gè)線(xiàn)性子系統(tǒng)，并運(yùn)用線(xiàn)性理論對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈對(duì)各自參考值的全局漸進(jìn)跟蹤19。為解決自適應(yīng)性差問(wèn)題，它常與自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，對(duì)參數(shù)和模型的在線(xiàn)辨識(shí)或校正，可取得更好的控制效果。（9）自抗擾控制（Active Disturbances RejectionControl，ADRC）它是由韓京清在1997 年提出的一種針對(duì)非線(xiàn)性、不確定性系統(tǒng)的控制方法。它由跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器和非線(xiàn)性狀態(tài)誤差反饋控制律三部分組成。它利用非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)克服了抗干

38、擾能力差、易受系統(tǒng)參數(shù)變化影響等經(jīng)典PID 的缺陷，采用前饋補(bǔ)償方法將擾動(dòng)加到系統(tǒng)模型的輸入端，從而將具有非線(xiàn)性、不確定對(duì)象的控制系統(tǒng)補(bǔ)償為確定的、簡(jiǎn)化的積分串聯(lián)型線(xiàn)性系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)控制器。此法優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的非線(xiàn)性項(xiàng)和擾動(dòng)可通過(guò)估計(jì)得到，不依賴(lài)于系統(tǒng)的模型和參數(shù)；安排過(guò)渡過(guò)程解決快速和超調(diào)間的矛盾；不用積分反饋也能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，避免積分反饋的副作用；統(tǒng)一處理確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)的控制問(wèn)題；可抑制外擾，不需知道外擾模型或直接測(cè)量。此法缺點(diǎn)：當(dāng)對(duì)象模型階數(shù)大于3 時(shí)，難以選取滿(mǎn)意的非線(xiàn)性函數(shù)及相應(yīng)的參數(shù)，同時(shí)計(jì)算量大，導(dǎo)致控制周期變長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性變差；非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的運(yùn)算較復(fù)雜，計(jì)算量大，快速實(shí)現(xiàn)困難

39、；涉及較多的參數(shù)選取問(wèn)題，它們的取值會(huì)影響控制性能。此法已被應(yīng)用到異步電機(jī)的VC 中，提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒性，抑制電機(jī)參數(shù)波動(dòng)及負(fù)載擾動(dòng)的影響。它常與模型配置、無(wú)源、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得更好的性能。1.2.4 交流電機(jī)的智能控制由于交流電機(jī)是非線(xiàn)性、多變量、耦合系統(tǒng)，且受到轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、未知負(fù)載和電機(jī)本身參數(shù)變化等的影響，上述控制方法難以實(shí)現(xiàn)精確控制要求。智能控制不依賴(lài)于對(duì)象模型，繼承了人腦思維的非線(xiàn)性特征，并在處理有不精確性和不確定性的問(wèn)題中獲得可處理性、魯棒性。由于交流傳動(dòng)系統(tǒng)具有較明確的數(shù)學(xué)模型，在交流傳動(dòng)中引入智能控制的目的是充分利用其非線(xiàn)性、變結(jié)構(gòu)、自尋優(yōu)等功

40、能來(lái)克服交流傳動(dòng)系統(tǒng)的變參數(shù)與非線(xiàn)性等因素，從而提高系統(tǒng)的魯棒性。因此，大多是在原來(lái)的模型控制基礎(chǔ)上增加一定的智能控制手段，以消除參數(shù)變化和擾動(dòng)的影響。目前，模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制在交流傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用中較為成熟。（1）模糊控制（Fuzzy Control，F(xiàn)C）它是由Zadeh L A 在1973 年提出的，是基于模糊推理，模仿人的思維模式，對(duì)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制，包括精確量的模糊化、模糊推理、清晰化三部分。為消除早期模糊控制存在的靜差，出現(xiàn)了帶積分模糊控制器等。此法優(yōu)點(diǎn)：不依賴(lài)對(duì)象模型，可處理不精確信息；魯棒性強(qiáng)，能夠克服系統(tǒng)中過(guò)程參數(shù)變化和非線(xiàn)性等不確定因素；能

41、模仿人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行專(zhuān)家式的控制。此法缺點(diǎn)：控制精度不高，穩(wěn)態(tài)精度低，甚至可能振蕩；自適應(yīng)能力有限；模糊規(guī)則、量化因子、比例因子和隸屬函數(shù)難以確定；缺乏模糊規(guī)則設(shè)計(jì)方法。此法已應(yīng)用到電機(jī)控制中，能有效地克服電機(jī)非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合等缺點(diǎn)。由于它的精度及自適性較差，常把它與PID、自適應(yīng)、變結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他控制相結(jié)合，以取得更優(yōu)性能。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（Neural Network Control，NNC）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由Mcculloch W S.等在1943 年提出，1992 年開(kāi)始被應(yīng)用于控制領(lǐng)域。NN 模擬人的大腦神經(jīng)生物結(jié)構(gòu)，可逼近任何非線(xiàn)性函數(shù)，有效解決非線(xiàn)性系統(tǒng)建模難的問(wèn)題，能夠?qū)W

42、習(xí)與適應(yīng)不確定過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性以及并行處理的快速性。此法優(yōu)點(diǎn)：自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)、非線(xiàn)性映射、魯棒性和容錯(cuò)性均很強(qiáng)；只需通過(guò)一定的I/O樣本來(lái)訓(xùn)練，可逼近任意對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；不需復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)，也不需要對(duì)象模型，可用于復(fù)雜的控制對(duì)象。此法缺點(diǎn)：物理意義不明確；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、隱層數(shù)及各層神經(jīng)元數(shù)的選取缺乏理論支持；計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大；對(duì)訓(xùn)練集的要求高、訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)；穩(wěn)定性分析較困難，收斂性不能保證，可能陷入局部最優(yōu)，甚至發(fā)散；優(yōu)化目標(biāo)是基于經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化，泛化性能不強(qiáng)。此法應(yīng)用于電機(jī)控制中能夠準(zhǔn)確地?cái)M合電機(jī)的非線(xiàn)性。它也常與自適應(yīng)、PID、模糊等結(jié)合使用，以取得更好的性能。（3）支持

43、向量機(jī)控制（Support Vector MachineControl，SVMC）SVM是由Vapnik V.等于1995 年提出的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，是建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)和結(jié)構(gòu)最小化原則基礎(chǔ)上的，能較好地解決小樣本、非線(xiàn)性、高維數(shù)和局部極小點(diǎn)等實(shí)際問(wèn)題。但SVM 算法的樣本數(shù)據(jù)越大，求解相應(yīng)的二次規(guī)劃問(wèn)題越復(fù)雜，計(jì)算速度越慢，存在著魯棒性、稀疏性和大規(guī)模運(yùn)算問(wèn)題。Suykens J A.等在1999 年提出的最小二乘SVM算法（LS-SVM）可解決SVM 的問(wèn)題。此法優(yōu)點(diǎn)：具有小樣本學(xué)習(xí)、全局最優(yōu)、泛化能力強(qiáng)等特點(diǎn)；它的核函數(shù)利用隱式非線(xiàn)性變換，巧妙地解決了維數(shù)災(zāi)難問(wèn)題；它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由支持向量決定；能

44、以任意的精度逼近任意函數(shù)；它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)參數(shù)少、學(xué)習(xí)速度快。此法缺點(diǎn)：核函數(shù)及參數(shù)的構(gòu)造和選擇缺乏理論指導(dǎo)；有時(shí)無(wú)法利用現(xiàn)有的公式計(jì)算決策函數(shù)的閾值；它的一些變形方法還缺乏相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)；LS-SVM 喪失了SVM 的稀疏性與魯棒性。此法常與逆控制法結(jié)合用于電機(jī)控制中，它利用SVM 其構(gòu)造電機(jī)的逆模型，該系統(tǒng)能有效地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與磁鏈的動(dòng)態(tài)解耦，且對(duì)負(fù)載擾動(dòng)有較強(qiáng)的魯棒性。（4）專(zhuān)家控制（Expert Control，EC）Roth H.等在1983 年提出專(zhuān)家控制系統(tǒng)。它是將專(zhuān)家系統(tǒng)與控制理論相結(jié)合，仿效專(zhuān)家智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)較為復(fù)雜問(wèn)題的控制，能自適應(yīng)地解釋當(dāng)前狀況，預(yù)測(cè)未來(lái)行為，診斷出

45、現(xiàn)問(wèn)題的原因，制訂校正規(guī)劃，并監(jiān)控規(guī)劃的執(zhí)行，確保成功。此法優(yōu)點(diǎn)：以控制專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)彌補(bǔ)了對(duì)象數(shù)學(xué)模型的缺陷；運(yùn)行可靠，決策能力強(qiáng)，能夠處理不確定性、不完全性和不精確性之類(lèi)的問(wèn)題；擬人能力強(qiáng)，應(yīng)用通用性好，控制與處理靈活。此法缺點(diǎn)：過(guò)度依賴(lài)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，且專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的獲取困難；缺乏自學(xué)習(xí)能力，知識(shí)庫(kù)的更新與規(guī)則生成困難；控制精度不高，存在穩(wěn)態(tài)誤差；需要建立實(shí)時(shí)操作知識(shí)庫(kù)；系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以分析；解釋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、用戶(hù)接口的建立等存在問(wèn)題。此法與自學(xué)習(xí)等控制結(jié)合起來(lái)已被用于交流伺服系統(tǒng)中，自學(xué)習(xí)控制解決了專(zhuān)家控制器的知識(shí)庫(kù)不足問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。（5）模糊神經(jīng)控制（Fuzzy Neural NetworkControl，F(xiàn)NNC）模糊、神經(jīng)、專(zhuān)家三種基本智能方法各有其優(yōu)勢(shì)及局限，將它們集成融合在一起已成為設(shè)計(jì)更高智能的控制系統(tǒng)方案，其中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最常用的結(jié)合形式。FNN 是由Lee S C.和Lee E T.在1974年提出的，F(xiàn)NNC 是模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)合體。盡管這兩種控制都具有不依賴(lài)于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但模糊控制的穩(wěn)態(tài)精度低、自適應(yīng)能力差，而神經(jīng)控制的學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)、參數(shù)物理意義不明顯。FNNC 是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模糊控制的功能，增強(qiáng)了模糊控制的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，改善了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度慢、易陷入局部極值