模糊PID控制的異步電機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)仿真
賈立輝，鄭中白，張榮華
(河北理工大學(xué)，河北唐山063009)
摘要：針對異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的非線性和結(jié)構(gòu)參數(shù)的易變性等特點，將模糊控制和PID控制結(jié)合起來，設(shè)計了模糊PID調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差模糊控制仿真模型，并對模型進(jìn)行了性能研究。仿真結(jié)果表明，該仿真模型具有良好的適應(yīng)性、魯棒性，并且提高了非線性系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性，使得系統(tǒng)獲得了較好的性能。
關(guān)鍵詞：模糊PID控制；異步電機(jī)；矢量系統(tǒng)；仿真
中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07-0047-03
0 前言
在交流異步電機(jī)的各種調(diào)速方案中，由于異步
電機(jī)是多變量、非線性、強耦合的被控對象，且在運行過程中存在參數(shù)時變特性，很難確定精確的數(shù)學(xué)模型。本文采用模糊控制與PID控制結(jié)合的方法，以異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為例，設(shè)計了相應(yīng)的模糊PID控制器，建立了調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制仿真模型。
1異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
異步電機(jī)通過矢量變換轉(zhuǎn)化為等效的直流電機(jī)模型，對直流量進(jìn)行控制，然后通過反變換將直流量變回交流量，這就是異步電機(jī)矢量控制原理。
按轉(zhuǎn)子磁場定向的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)模型，由于按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的M軸取向于轉(zhuǎn)子全磁鏈ψr軸，而T軸垂直于M軸，從而ψr在T軸上的分量為零，這表明轉(zhuǎn)子全磁鏈ψr****有M軸繞組中電流產(chǎn)生，可知定子電流矢量is(Fs)在M軸上的分量isM是純勵磁電流分量；在T軸上的分量isT是純轉(zhuǎn)矩電流分量。ψr在M-T軸上的分量可用方程表示為：
量控制系統(tǒng)所依據(jù)的控制方程式。
三相異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場定向的轉(zhuǎn)矩方程為：
式(4)表明，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，如果按異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型就與直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型完全一樣了。
圖1為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速反饋角速度信號和由電流部分計算的轉(zhuǎn)差角速度信號值之和經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)變成轉(zhuǎn)速角度信號，作為矢量反變換環(huán)節(jié)的角度值輸入。該系統(tǒng)特點如下[1]:
(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出正比于轉(zhuǎn)矩的給定信號，
如果僅考慮轉(zhuǎn)子磁通的穩(wěn)態(tài)方程式，即p=0，則上
限于篇幅，本文不再給出矢量變換等關(guān)系式的推導(dǎo)，詳見參考文獻(xiàn)[2]。
2 模糊PID控制器的建立
所要建立的仿真模型中，以當(dāng)前轉(zhuǎn)速的偏差e和偏差的變化率ec作為輸入，定義e和ec的模糊量的模糊子集為|NB，NM，NS，ZO，PS，PM,PB|，并將它們映射到論域[-3，3]上。
如圖2所示，以模糊控制器的輸出kp、ki、kd作為常規(guī)PID控制器的比例、積分、微分參數(shù)的修正值輸入量，kp、ki、kd的模糊子集定義為|NB,NM,NS,ZO，PS,PM,PB|，也將它們的論域映射到[-3，3]上。模糊控制的核心是模糊控制規(guī)則，控制規(guī)則的選取直接決定控制效果的好壞，參數(shù)kp、ki、kd的值是輸入偏差e和偏差的變化率ec經(jīng)過模糊控制規(guī)則計算出來的，其中kp、ki、kd。的整定原則如下：
(1)|e|很大時，無論ec如何，都應(yīng)采取最強的控制，使誤差****值以 |
