用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行異步電機轉(zhuǎn)速的辨識和估計
馬憲民
（西安科技學(xué)院，陜西西安 710054）
摘要：根據(jù)異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制原理，提出了采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)速度辨識方法去實現(xiàn)無速度傳感器的交流調(diào)速控制系統(tǒng)。文中介紹了異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本方程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度辨識模型。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的性能。
關(guān)鍵詞：無速度傳感器；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；速度辨識；直接轉(zhuǎn)矩控制
中圖分類號：tm921 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0016-03
l 引 言
無速度傳感器交流電機調(diào)整控制系統(tǒng)已成為當前研究的熱點。通常，高動態(tài)性能的異步電動機交流調(diào)速控制系統(tǒng)都需要安裝與電動機同軸的速度傳感器以構(gòu)成速度閉環(huán)。但是，并不是所有的場合都適宜安裝速度傳感器的。因此，取消速度傳感器而又能保持系統(tǒng)原有的高動態(tài)性能，是電氣傳動領(lǐng)域內(nèi)一項很有意義的課題。
在無速度傳感器交流電機調(diào)速控制系統(tǒng)中．速度反饋信號的正確辨識和估計是問題的關(guān)鍵所在。通過測量定子電壓和電流等信號來計算速度是辨識和估計基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上衍生出許多方法，如利用電機模型直接計算法、轉(zhuǎn)差頻率間接計算法、模型參考自適應(yīng)法、轉(zhuǎn)子齒諧波法、卡爾曼濾波法等。
人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡單、并行計算、分布式存儲、自學(xué)習能力強和魯棒性強等特點。因此，近幾年來它已經(jīng)開始應(yīng)用于交流電機調(diào)速控制系統(tǒng)中。本文采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論進行速度辨識，是一種值得研究的新方法。
過去，人們研究的重點主要集中在矢量控制的無速度傳感器交流電機調(diào)速系統(tǒng)上，而對依據(jù)異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制原理構(gòu)成的無速度傳感器交流電機調(diào)速系統(tǒng)研究得比較少。本文介紹異步機直接轉(zhuǎn)矩控制的無速度傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)。
2直接轉(zhuǎn)矩控制基本方程
1985年，德國魯爾大學(xué)m. depenbrok教授通過對瞬時空間理論的研究，提出了異步機直接轉(zhuǎn)矩控制理論。直接轉(zhuǎn)矩控制采用定子磁場定向，直接在靜止坐標系下計算交流電機的轉(zhuǎn)矩，借助于bang -bang控制產(chǎn)生pwm信號，并使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)限制在1拍以內(nèi)，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進行晟佳控制。因此，整個系統(tǒng)靜動態(tài)性能都比較高，被認為是繼矢量控制后交流異步電機調(diào)速控制理論的1次飛躍[1]。
根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制理論，異步電機在靜止兩相(a，p)坐標系下的電壓方程為：
磁鏈方程為：
3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度辨識模型
根據(jù)異步電機在靜止兩相(d，p)坐標系下的數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)子磁鏈可以由定子電壓和定子電流來確定[2]：
因為式(4)與速度無關(guān)，所以用它來作標準磁鏈觀測器以產(chǎn)生期望磁鏈。而式(5)及到速度，本文用它作為人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)速度辨識模型，以產(chǎn)生估計磁鏈。期望磁鏈與估計磁鏈的誤差作為反向傳播的信號，用來調(diào)節(jié)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的權(quán)子，該權(quán)子就是速度信號。當誤差小于一個預(yù)先設(shè)置的閾值時，權(quán)子固定，速度信號便被辨識出來。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)速度辨識器如圖l所示。
用采樣頻率丁對式(5)進行離散化處理，其矢量表達式為：
誤差方程為：
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