感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究
薛劍鋒，劉國(guó)海
（江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江212013）
摘要：針對(duì)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，傳統(tǒng)的pid控制和模糊控制均不能達(dá)到理想的控制效果的問(wèn)題，依據(jù)空間矢量控制理論建立了感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制方法，并且在基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)離線訓(xùn)練的基礎(chǔ)上提出了在線調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的策略，實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的高精度控制，并通過(guò)仿真進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能，且對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化與負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
關(guān)鍵詞：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；感應(yīng)電機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；在線控制
中圖分類號(hào)：tm346 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)05-0053-03
0引 言
感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的強(qiáng)耦合的多變量非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)的pid控制對(duì)感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和外部負(fù)載擾動(dòng)變化敏感、魯棒性能差。微分幾何控制方法以及逆系統(tǒng)方法也被用于感應(yīng)電機(jī)的控制，但其解耦線性化的實(shí)現(xiàn)，要求獲得對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，難以在實(shí)際中真正應(yīng)用。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制均屬于智能控制的范疇，都具有不依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠很好的克服模型參數(shù)變化和非線性等不確定因素的影響。但若將其應(yīng)用到感應(yīng)電機(jī)調(diào)速這類強(qiáng)耦合的多變量非線性系統(tǒng)中，二者都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
本文將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊推理，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來(lái)調(diào)整模糊隸屬函數(shù)和控制規(guī)則，并針對(duì)感應(yīng)電i機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，受電機(jī)負(fù)載、參數(shù)變化影響較大，尤其是轉(zhuǎn)子電阻在電機(jī)運(yùn)行中會(huì)發(fā)生較大的變化，影響了通過(guò)離線訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)控制的精確性這類問(wèn)題，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)離線訓(xùn)練的基礎(chǔ)上提出了在線訓(xùn)練調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法，進(jìn)而研究了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并給出了仿真試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明了該控制方法的有效性。
1感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
電流跟蹤型spwm逆變器供電的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，忽略變頻器的時(shí)滯，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的條件下d、q兩相坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程可以用降維的三階非線性模型描述：徽電
若將變頻器設(shè)置為磁場(chǎng)定向運(yùn)行模式，這時(shí)該臺(tái)逆變器可以不考慮磁鏈的變化（即認(rèn)為磁鏈恒定且為額定值），原系統(tǒng)可作為單輸入、單輸出系統(tǒng)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，m為感應(yīng)電機(jī)期望轉(zhuǎn)速，wr為感應(yīng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。圖中x1，x2和u分別是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出，其論域均設(shè)為[o，1]，誤差e和誤差變化率；通過(guò)x映射轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入x1，x2，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出u通過(guò)u映射轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電機(jī)的電氣同步角速度w1。
圖1中ec為誤差目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)ec由在線訓(xùn)練算法可在線調(diào)節(jié)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，所以系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)的功能。
2模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器
2.1模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中第1層將x1、x2引入網(wǎng)絡(luò)；第ⅱ層將x1、x2模糊化，采用的隸屬面數(shù)為高斯函數(shù)；第ⅲ層對(duì)應(yīng)模糊推理，ⅱ表示模糊操作，這里用+乘積操作代替取小運(yùn)算；第ⅳ層對(duì)應(yīng)去模糊化操作。網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出關(guān)系如下：
第1層輸出節(jié)點(diǎn)：
第ⅱ層輸入輸出節(jié)點(diǎn)：
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