基于模糊自適應(yīng)adrc的無刷直流電機(jī)電流控制
權(quán)東，全力
（江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212013）
摘要：針對傳統(tǒng)pid控制下無刷直流電機(jī)電流脈動(dòng)較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)顯著的問題，在研究電機(jī)數(shù)學(xué)模型和自抗擾控制器原理基礎(chǔ)上，提出一種基于模糊自適應(yīng)adrc的無刷直流電機(jī)電流控制器。采用模糊推理方法對adrc參數(shù)在線自整定，將電機(jī)電流脈動(dòng)等視為系統(tǒng)的未知干擾，利用該文設(shè)計(jì)的控制器以改善饋電電流波形，抑制電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出控制方案的有效性，是一種新型的無刷直流電機(jī)電流控制方式。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；電流；模糊自適應(yīng)；自抗擾控制器
中圖分類號(hào)：tm36 +1; tm273+ 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)0i-0073-04
0引言
無刷直流電機(jī)是一個(gè)多變量非線性系統(tǒng)，由于電樞反應(yīng)的非線性、換相續(xù)流等多方面原因，其電流脈動(dòng)比較明顯；實(shí)際控制中，難以得到理想方波電流，限制了其在精度較高的伺服系統(tǒng)中應(yīng)用。傳統(tǒng)pid控制直接選取誤差作為控制信號(hào)，導(dǎo)致響應(yīng)快速性與超調(diào)性矛盾的出現(xiàn)；且其本身自有的相移效應(yīng)亦對要求反電勢、電流同相控制的無刷直流電機(jī)控制不利。針對這一問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、傅里葉分析、預(yù)測控制及滯環(huán)控制等被用于無刷直流電機(jī)控制以改善電機(jī)運(yùn)行性能，并取得了一定的效果。
自抗擾控制器( adrc)由跟蹤微分器(td)方程，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(eso)方程，非線性狀態(tài)誤差反饋( nlsef)方程組成。該控制器能自動(dòng)檢測系統(tǒng)模型的實(shí)時(shí)作用并予以補(bǔ)償，控制對象參數(shù)發(fā)生變化或遇到不確定擾動(dòng)時(shí)都能得到很好的控制效果，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，并已成功應(yīng)用于一些系統(tǒng)的控制。針對adrc非線性反饋參數(shù)不易在線合理整定問題，結(jié)合模糊推理與ad-rc的優(yōu)勢，本文研究了一種基于模糊自適應(yīng)ad-rc控制策略，并將其應(yīng)用于無刷直流電機(jī)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，以期提高系統(tǒng)魯棒性，達(dá)到減小電流脈動(dòng)的目的。在自建樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了該控制方案有效性，能較好地改善饋電電流波形，抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
1 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型
研究星形連接的表貼式隱極無刷直流電機(jī)，為了簡化分析，作出以下假設(shè)：
①定子繞組為相帶整距繞組；
②不考慮齒槽效應(yīng)和磁路飽和；
③忽略磁滯、渦流、集膚效應(yīng)和溫度對參數(shù)的影響；
④三相定子繞組對稱。
無刷直流電機(jī)電壓平衡方程式：
電磁轉(zhuǎn)矩方程：
機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程：
2 自抗擾控制原理
自抗擾控制器( adrc)是在對經(jīng)典pid控制器進(jìn)行反思后，提出的一種的改進(jìn)型非線性pid控制器結(jié)構(gòu)，由跟蹤微分器(td)、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(eso)、非線性狀態(tài)誤差反饋( nlsef)控制律三部分組成。以二階受控對象為例，adrc結(jié)構(gòu)如圖l所示。
二階td安排過渡過程并提取其各階微分信號(hào)，即參考輸入產(chǎn)生2個(gè)輸出信號(hào)，是根據(jù)對象能力與控制需要安排的光滑過渡過程的近似微分。
三階eso由被控對象的輸出y(t)來估計(jì)對象的狀態(tài)變量和對象總擾動(dòng)的實(shí)時(shí)作用量（系統(tǒng)模型和外擾動(dòng)的估計(jì)）。誤差經(jīng)非線性組合，得到輸出：
自抗擾控制器能自動(dòng)檢測系統(tǒng)模型的實(shí)時(shí)作用并予以補(bǔ)償，控制對象參數(shù)發(fā)生變化或遇到不確定擾動(dòng)時(shí)都能得到很好得控制效果，故其自適應(yīng)性和魯棒性較好。
3模糊自適應(yīng)adrc設(shè)計(jì)
adrc控制參數(shù)的合理選取對其控制性能具有較大的影響。其中，非線性反饋比例系數(shù)p1與微分增益島的整定主要依靠設(shè)計(jì) |
