采用模糊邏輯控制器的高性能感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

1、采用模糊邏輯控制器的高性能感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)n.b. muthuselvan | , subharansu sekhar dash1 電了與電氣工程系 ssn工程學(xué)院, chennai, tamilnadu,卬度 603110p.somasundaram2電氣工程系 工程學(xué)院，chennai, tamilnadu, india 600025摘要：基本上，所述電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括一個電壓源逆變器饋異步電機(jī) （vsim）：即三相電壓源逆變器和感應(yīng)電動機(jī)。以鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)電壓方程為 基礎(chǔ)，在一個正交dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)幀中的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)與受控源的頻率的關(guān)系。該本文 提出了一種新穎的模糊邏輯控制器高性能感丿應(yīng)電機(jī)驅(qū)動

2、系統(tǒng)。輸入到模糊邏輯控 制器的速度誤差的語言變量和速度誤差的變化，而輸出是變化開關(guān)電壓源逆變器 的控制頻率。在本文模糊邏輯控制器和傳統(tǒng)pi控制器之間的比較。結(jié)果驗(yàn)證所 提出的模糊邏輯的魯棒性和有效性控制器的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的高性能。與 matlab走來的simulink軟件使用模擬該模型。引言simulink的異步電機(jī)型號可供選擇的文獻(xiàn)1-2,但他們似乎是黑盒 子，沒有內(nèi)部細(xì)節(jié)。他們中的一些文獻(xiàn)12推薦使用sfunctionso這對于simulink 的軟件源代碼塊，該技術(shù)不充分利用功率和緩解simulink的，因?yàn)閟函數(shù)編程 知識是必需的訪問模型變量。另一種方法是使用simulink的電力系統(tǒng)模

3、塊集3, 可以使用simulink購買。此模塊集還使用s函數(shù)并且是不容易同為simulink模 塊勞逸結(jié)合。參考文獻(xiàn)4指一個類似于在一個實(shí)施方法，本文但沒冇透露任何 細(xì)節(jié)。在本文中，模塊化，易于理解的simulink異步電動機(jī)模型進(jìn)行說明。與 模塊化系統(tǒng)中，每個塊解決了模型方程之一。雖然感應(yīng)電機(jī)有幾個冇利特點(diǎn)，他們還涉及著非線性時變動態(tài)交互 56,使用傳統(tǒng)pi控制器，設(shè)計一個高性能感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是非常困難和復(fù) 雜的。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)和加載時間常數(shù)變化，模糊邏輯控制（flc）是冇吸引 力的方法，它可以適應(yīng)電機(jī)參數(shù)變化和困難獲得感應(yīng)的精確數(shù)學(xué)模型。該flc是使用模糊集知識為基礎(chǔ)的控制理論和模糊邏

4、輯知識表示 7o本文提出了一種新穎的模糊邏輯控制器適合對于異步電機(jī)驅(qū)動器的速度控 制。ho simulink 實(shí)現(xiàn)其中最流行的感應(yīng)電機(jī)模型推導(dǎo)從這個等效電路是克勞斯的模型 6。一個感應(yīng)電機(jī)模型可以有五個代表微分方程。為了解決這些方程，它們具 有在狀態(tài)空間形式重新排列，x-斧4- bwherex=fqs fds fqr fdr （或者t是 狀態(tài)向量。鼠籠異步電機(jī)的輸入是三相電壓，其基本頻率，以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的輸出, 另一方面，是三個相電流，電機(jī)扭矩，轉(zhuǎn)子速度。在dq模型要求所有的三相變 量已被同步地轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)框架。因此，感應(yīng)電機(jī)模型將具有塊變換的三相電壓在dq坐標(biāo)系與dq電流hl三相。該在本文屮

5、實(shí)現(xiàn)的感應(yīng)電機(jī)模型圖。1.它由 五大模塊組成：0n轉(zhuǎn)換，abc-syn轉(zhuǎn)換，syn-abc換算，單位矢量計算， 并且所述感應(yīng)電機(jī)dq模型塊。以下小節(jié)將解釋每個塊。a. 0-n轉(zhuǎn)換座此塊需要一個孤立的中性制度，否則它可以被旁路掉。通過完成改造 該塊可以被表示如下：333(1)這是在仿真軟件simulink中實(shí)現(xiàn)，電壓通過一個仿真軟件輸入“矩 陣增益”塊。圖1.完整的感應(yīng)電機(jī)simulink模型b. 單位 vectorblock 計算cos oe and sin oe單位向量在載體屮使用旋轉(zhuǎn)塊，“abc-syn傳換 塊”和“syn-abc轉(zhuǎn)換塊“。oe是通過直接計算的角度積分對輸入的三和的頻率 電

6、壓。oe = fwedt (2)該單位矢量是通過取止弦簡單地獲得oc的余弦值。此塊也是其中的 初始轉(zhuǎn)子位置可以插入，如果需要，通過加入初始條件的simulink的“積分” 塊。需要注意的是(2)中的整合結(jié)果被復(fù)位每次為零它到達(dá)22t弧度，使得角 度總是在0變化和22toc. abc-syn轉(zhuǎn)換塊三相電壓轉(zhuǎn)換成電壓，在兩相同步旋轉(zhuǎn)架中，它們首先被轉(zhuǎn)換(3) 后使用兩相靜止幀，然后使用固定的幀到同步旋轉(zhuǎn)框。vqs =vqscos0c-<ksinecvds = vssinoe + vcosee其屮上標(biāo)“s”指的是固定框架。等式（3）的實(shí)現(xiàn)方式類似于（1）,因?yàn)樗且粋€簡單的矩陣變換。 式（4）

7、,但是，包含的單位向量；因此，一個簡單的矩陣變換不能使用。相反, vqs和vds是使用基本simulink的“心”和“產(chǎn)品”計算塊。d. syn-abc轉(zhuǎn)換塊此塊做的abc-syn轉(zhuǎn)換相反塊，用于使用當(dāng)前變量（5）和（6）,像 以詢一樣實(shí)現(xiàn)技術(shù)。iqs = vqscosf）已 +v冶 sin°e ids = -vqs sin ee+vdscos0c 1 0ib = bcj1 v32 2xs'4_丄占.2 t .e. 感應(yīng)機(jī)d-q模型塊圖圖2示出該塊的內(nèi)部，其中每個方程從感應(yīng)機(jī)模型在一個實(shí)施不同的 塊。首先考慮磁鏈狀態(tài)方程，因?yàn)榇沛湺夹枰嬎闼衅渌兞俊＿@些等式可以 被實(shí)施使

8、用simulink的“國家空間”塊，但冇機(jī)會獲得每個點(diǎn)的模式，執(zhí)行使 用離散塊是優(yōu)選的。圖2.異步電動機(jī)動態(tài)模型在simulink屮實(shí)現(xiàn)由此產(chǎn)生的模型是模塊化，易于遵循。任何變量口j以使用simulink 的“范圍”很容易追蹤。在所述而兩列中的塊計算磁鏈，其可以在矢量控制系統(tǒng) 屮使用的在磁通環(huán)。在colunm3塊計算所冇的當(dāng)前的變量，英可以在當(dāng)前的循環(huán) 中使用任何電流控制系統(tǒng)，并計算三相電流。第4列的兩個塊，而另一方面，計 算出的扭矩及感應(yīng)電機(jī)的速度，這再次可以在轉(zhuǎn)矩控制或速度控制屮使用循環(huán)。 這兩個變量也可以用來計算機(jī)器的輸出功率。iii. open-loop constant v/iiz

9、operation圖5示出的開環(huán)恒定的執(zhí)行v / hz控制一個感應(yīng)電機(jī)。該圖屮冇兩 個新塊：指令電壓發(fā)生器和3相pwm逆變器模塊。笫一個產(chǎn)生的三相電壓指令， 并且它比z，syn-abcz，被詮釋的更早一些。參考電壓vref的指令電壓，對于各相的 pwm信號，然后使用這些信號驅(qū)動之間右三個simulink的“開關(guān)”切換塊+ vd 的/2與-vd/2 （vd：直流母線電壓）。開環(huán)恒v / iiz運(yùn)行模擬為12秒斜坡上 升和向下的速度指令和應(yīng)用負(fù)載階躍扭矩。如果響應(yīng)驅(qū)動器的變化的速度指令和 負(fù)載的干擾可以被觀察到。該結(jié)果繪于圖3。cormtijftd uo iuqbvnlaubo*mf>nvw

10、"屮 pw* irmfh，*0 亦rep £osubjpiemuichht mod*muxflmux7>pr圖3開環(huán)v / hz恒定控制simul ink模型time in sec ( wdx) p塔ds圖4 開環(huán)恒定的v / hz響應(yīng)ivo模糊邏輯控制算法模糊控制提供了一個正式的方法論。操縱和實(shí)施人類關(guān)于如何控制一個系統(tǒng)的啟發(fā)式知識。什么時候控制任何非線性過程人工操作通常遇到 復(fù)雜的定性變化規(guī)律條件，這是難以準(zhǔn)確地，該解釋變化的幅度，通常被描 述為快，大，慢，高等為代表這種不精確的變量信息和所謂的“模糊非數(shù)學(xué) 方法集理論，這是由zadeh 7發(fā)展而來的。模糊集理論發(fā)

11、展涉及非常復(fù)雜 的定理，但大部分涉及非常復(fù)雜的定理，但大部分定理不涉及模糊控制的發(fā) 展算法。模糊算法包括形勢和行動。一般使用if和then語句表示有條件 的規(guī)則。例如，該控制規(guī)則可以是：如果是輸岀比的要求下，輸出是適度的 滴加。然后輸入到系統(tǒng)應(yīng)大大增加。樣的規(guī)則必須被更一般地陳述為應(yīng)用到 模糊算法。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的下列術(shù)語定義如下：誤差等于設(shè)定點(diǎn)減去過 程輸出，誤差變化等于從處理輸出的誤差減去從去年輸出誤差。此外，有必 要來量化定性描述和下面的語言集分配。大正（lp）2 中等正（mp）2小正（sp）4 零（zz）5 小負(fù)（sn）6 中等負(fù)（mn）7大負(fù)（ln）因此，示例性控制的聲明將是：如果

12、誤差是大的正和誤差的變化是小的正然后將輸入到該系統(tǒng)是人的正。五，模糊控制行動1 指定并存儲的最小和最大誤差信號e = er（k）,誤差變化范圍de =德（k）和控制輸入變化df。2 如果步驟z的最小和最大范圍是不同的量化，然示再進(jìn)一個 共同的范圍使用比例因了，這樣的話語最高和最小的量化誤差信號e,在量化誤羞變化de,和量化控制輸入變化df都是一樣的。3 定義e的對稱語言模糊子集，de和dfo4 計算誤差er和誤差變化der為當(dāng)前采樣周期，并發(fā)現(xiàn)它們的 量化值e和de分別在共同的范圍。5 從e和de每個規(guī)則賦予的貢獻(xiàn)在表中tin的控制輸入df模糊 子集和使用規(guī)則可以在其等級比例屮找到。6 應(yīng)用程

13、序的所冇規(guī)則的結(jié)果是通過各自范圍的語音表示，控制輸 入功能等級df,計算數(shù)字的df的coa標(biāo)準(zhǔn)值被用作如fdf（k）=冃其屮n是在輸出的量化電平的數(shù)目。7 .加入控制輸入的變化df（k）到以前的值f（k-1）來計算新的控 制動作成為采取的第k個樣品：f（k）二f （k-l） + df（k）。表1模糊控制規(guī)則決策表nlnmnszzpspmplnlnlnlnlnmnmnszznmnlnmnmnsnszzpsnsna4nmnsnszzpspszznmnsnszzpspspmpsnsnszzpspspmpmpmnszzpspspmpmplplzzpspmpmplplplvt。閉環(huán)恒v / hz運(yùn)行閉環(huán)

14、電路具有模糊邏輯控制器新的組件。輸入到模糊邏輯控制器是 速度誤差和速度誤差的變化率。該輸出被饋送到功率轉(zhuǎn)換器，pwm 逆變器，它是用于調(diào)整所述逆變器開關(guān)控制頻率。該flc的輸出控 制所述逆變器的觸發(fā)角，從而改變輸出電壓。pwm逆變器的參考速 度在每次修改吋，右一個不同的輸出模糊控制器。這些輸出從真值 表（規(guī)則表）中發(fā)現(xiàn)。pwm逆變器輸出被饋送到感應(yīng)電機(jī)，其中一 個恒定v / hz的操作被執(zhí)行。圖5示出了塊閉環(huán)控制電壓/赫茲控 制圖，這已在圖 6 中被執(zhí)行。圖5 .閉環(huán)框圖采用模糊邏輯控制器七。仿真結(jié)果在使用恒定（vf）比逆變器中，模糊邏輯控制器（flc）的輸出用 于調(diào)節(jié)所述逆變器開關(guān)控制頻率和

15、直流電壓。該使用flc感應(yīng)電動 機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)示于圖4。結(jié)果用三相鼠籠獲得用208伏的三相感應(yīng)電 機(jī)以相電壓，60赫茲額定頻率，丄750轉(zhuǎn)額定轉(zhuǎn)速和1/4馬力額定 電源。電動機(jī)在額定條件下的參數(shù)每單位是由（所冇單位值是基于 給定的基=1/4馬力，v基準(zhǔn)=2 0 8伏和，基地=1.2 amp）rs = 0.198 標(biāo)幺值 rr =0.1353 浦,xls=17 浦和 xir= 0117 浦，圖6閉環(huán)控制器利用模糊邏輯控制器八。結(jié)論對于模塊化simulink模型的實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)速度控制的仿真已經(jīng)介 紹了。與大多數(shù)其他感應(yīng)電機(jī)模型實(shí)現(xiàn)方式屮，與該模型屮，用戶 可以訪問所有得到一個洞察機(jī)的內(nèi)部變量操作。任何

16、機(jī)器的控制算 法，可以在simulink環(huán)境屮使用這種模式而不實(shí)際使用估計。木 文提出了一種簡單，新穎和強(qiáng)人的模糊邏輯速度控制器的高性能異 步電機(jī)驅(qū)動器。該flc并不需耍精確的知識異步電動機(jī)和容忍范圍 的負(fù)載游覽和參數(shù)變化。該控制分配規(guī)則采用啟發(fā)式試錯和人的專 業(yè)知識獲得的。仿真試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了 flc魯棒性不同的速度軌跡。ill 二 ndepwds圖7 閉環(huán)恒v / hz的模糊控制參考1 ml德阿吉亞爾，mm嘉德，“復(fù)雜的概念傳輸功能應(yīng)用到 inductionmotors的造型”電力工程學(xué)會冬季會議，2000年，pp. 387-391。a.杜米特雷斯庫,d.福多爾,t.約基寧，m.羅蘇,s.

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