交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略綜述

1、第45卷第1期2011年1月浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y (E n g i n e e r i n g S c i e n c e V o l .45N o .1J a n .2011收稿日期:2010-02-03.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版網(wǎng)址:w w w.j o u r n a l s .z j u .e d u .c n /e n g作者簡介:丁輝(1987-,男,湖北京山人,碩士生,從事交/直流電機(jī)控制的研究.E -m a i l :d i n gh u i 1111163.c o m 通信聯(lián)系

2、人:胡協(xié)和,男,教授.E -m a i l :h u x h s u pc o n .c o m D O I :10.3785/j.i s s n .1008-973X.2011.01.008交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略綜述丁輝,胡協(xié)和(浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與控制研究所,浙江杭州310027摘要:為了更精確地實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速,基于交流異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型論述異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻(V V V F 調(diào)速系統(tǒng)的各種控制策略.總結(jié)早期的基于異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的控制策略,介紹3種較成熟的基于動(dòng)態(tài)模型的控制策略,分析現(xiàn)代控制理論在交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用,展望交流調(diào)速控制策略的發(fā)展方向.傳統(tǒng)的控制策

3、略在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟,各種現(xiàn)代控制策略和先進(jìn)控制算法則有廣闊的發(fā)展前景.關(guān)鍵詞:異步電動(dòng)機(jī);變壓變頻調(diào)速;控制策略中圖分類號(hào):T P 271.4;TM 343文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1008-973X (201101-0050-09R e v i e w o f A C a s y n c h r o n o u s m o t o r s p e e d c o n t r o l s t r a t e g yD I N G H u i ,HU X i e -h e (I n s t i t u t e o f C y b e r -S y s t e m s a n d C

4、 o n t r o l ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310027,C h i n a A b s t r a c t :V a r i a b l e v o l t a g e v a r i a b l e f r e q u e n c y (V V V F s p e e d c o n t r o l s t r a t e gi e s w e r e r e s e a r c h e d b a s e d o n t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l o

5、f a l t e r n a t i n g c u r r e n t (A C a s y n c h r o n o u s m o t o r i n o r d e r t o a c h i e v e m o r e a c c u r a t e s p e e d c o n t r o l o f A C i n d u c t i o n m o t o r .T h e e a r l y c o n t r o l m e t h o d s o f i n d u c t i o n m o t o r b a s e d o n t h e s t e a d

6、y -s t a t e m o d e l w e r e s i m p l y s u m m a r i z e d .T h r e e m a t u r e c o n t r o l s c h e m e s b a s e d o n t h e d y n a m i c m o d e l w e r e i n t r o d u c e d .T h e a p p l i c a t i o n o f m o d e r n c o n t r o l t h e o r y i n A C a s y n c h r o n o u s m o t o r s

7、 p e e d c o n t r o l s y s t e m w a s a n a l y z e d .F i n a l l y ,t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n o f A C s p e e d c o n t r o l s t r a t e g y w a s g i v e n .T r a d i t i o n a l s t r a t e g i e s w e r e m a t u r e l y u t i l i z e d i n i n d u s t r i a

8、l f i e l d ,b u t t h e m o d e r n c o n t r o l t h e o r y a n d a d v a n c e d c o n t r o l a l g o r i t h m s s t i l l h a v e v a s t p o t e n t i a l f o r f u t u r e d e v e l o pm e n t .K e y w o r d s :a s y n c h r o n o u s m o t o r ;v a r i a b l e v o l t a g e v a r i a b l e

9、 f r e q u e n c y s p e e d c o n t r o l ;c o n t r o l s t r a t e g y 交流異步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)有多種調(diào)速方法,常見的有降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速、變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變壓變頻調(diào)速等.其中,僅變壓變頻調(diào)速能夠做到調(diào)速范圍寬、效率高、動(dòng)態(tài)性能好,因此得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用1,變壓變頻調(diào)速技術(shù)使同步電動(dòng)機(jī)可以應(yīng)用到交流調(diào)速控制系統(tǒng)中.變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱為變頻調(diào)速系統(tǒng),當(dāng)采用變壓變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速變化,在采取一定的技術(shù)措施后能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能,使得交流調(diào)速系統(tǒng)的性能可與直

10、流調(diào)速系統(tǒng)相媲美1.縱觀異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,先后出現(xiàn)了大量有代表性的方式方法,現(xiàn)代控制理論的引入給變壓變頻調(diào)速控制策略的發(fā)展注入了新的活力,本文以此為線索對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制策略作了詳細(xì)論述.1基于穩(wěn)態(tài)模型的控制策略調(diào)速的根本在于實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制,早期的異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)基于異步電動(dòng)機(jī)的T型穩(wěn)態(tài)等效電路來建立電磁轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,無法實(shí)現(xiàn)高效的電磁轉(zhuǎn)矩控制,因而得不到理想的動(dòng)態(tài)性能,但是由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,在不需要高動(dòng)態(tài)性能的場合如風(fēng)機(jī)和水泵中得到廣泛應(yīng)用.1.1轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)控制電壓和頻率,在保證電壓頻率比U s/1

11、不變即氣隙磁通量不變的前提下,通過改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速.當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率s較小時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩公式近似為T e3n pU s(1s Rr.(1式中:np為極對(duì)數(shù),U s為定子電壓,1為電源角頻率,Rr為根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻.當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩一定時(shí),轉(zhuǎn)差頻率不變,因此帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降不變,可以通過改變定子電壓頻率來平滑地改變同步轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速1.在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)頻率較低時(shí)需要對(duì)U s 進(jìn)行補(bǔ)償以避免定子壓降的影響2-3.轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制由于無法控制電磁轉(zhuǎn)矩,動(dòng)態(tài)性能不理想,調(diào)速范圍窄.1.2轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制從式(1可以看出,若能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)s的控制,則

12、能夠控制電磁轉(zhuǎn)矩,從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能4.在轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比的基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,在穩(wěn)態(tài)情況下,當(dāng)給定電壓頻率突然增加時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速來不及變化,因此轉(zhuǎn)差頻率增大,電磁轉(zhuǎn)矩增大,電機(jī)轉(zhuǎn)速上升,這是轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制的控制原理.轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制,動(dòng)靜態(tài)性能均優(yōu)于轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制.2基于動(dòng)態(tài)模型的傳統(tǒng)控制策略轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制從異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā),只能在穩(wěn)態(tài)情況下維持氣隙磁通恒定,因此動(dòng)態(tài)性能不夠理想.要實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能,必須根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來控制磁通和電磁轉(zhuǎn)矩.矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是當(dāng)今最成熟的基于交流電

13、機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的控制策略,在交流調(diào)速領(lǐng)域中已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用.反饋線性化解耦控制由于實(shí)現(xiàn)了磁鏈和速度的完全解耦控制,得到了快速發(fā)展和應(yīng)用.2.1矢量控制矢量控制起源于B l a s c h k e5發(fā)表的關(guān)于感應(yīng)電機(jī)磁場定向控制的論文.后來在感應(yīng)電機(jī)定子電壓坐標(biāo)變換控制理論的基礎(chǔ)上,經(jīng)過各國學(xué)者的廣泛研究形成了比較成熟的矢量控制理論6.矢量控制的基本思路是將定子電流分解成勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,分別設(shè)計(jì)控制器,根據(jù)式(2和(3在動(dòng)態(tài)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制.T e=n p L mL ri s tr,(2r=L mT r p+1i s m.(3式中:L m為經(jīng)坐標(biāo)變換后在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

14、下定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感,L r為在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感,r為轉(zhuǎn)子總磁鏈,i s t為定子電流轉(zhuǎn)矩分量,i s m為定子電流勵(lì)磁分量,T r為轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù),p為微分算子.矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是維持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定,因此需要檢測轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào).早期人們嘗試通過磁鏈傳感器來檢測轉(zhuǎn)子磁鏈,但是遇到了不少工藝和技術(shù)上的問題,而且在低速時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈檢測脈動(dòng)分量過大1.在當(dāng)今的矢量控制系統(tǒng)中多采用軟測量的方法,通過檢測電壓、電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)來根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈模型計(jì)算磁鏈的幅值和相位.式(4和(5分別是從電機(jī)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)得來的計(jì)算磁鏈的電流模型和電壓模型,它們結(jié)構(gòu)簡單,執(zhí)行方便,在實(shí)際中得

15、到了大量應(yīng)用7.r=1T r p+1(Lm i s-T rr,r=1T r p+1(Lm i s+T rr烍烌?yàn)?(4r=L rL m(u s-R s i sd t-(L s-L2m L ri s,r=L rL m(u s-R s i sd t-(L s-L2m L ri s烍烌?yàn)?(5式中:r和r分別為靜止兩相坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁鏈的分量,u s和u s分別為定子電壓分量,i s和i s分別為定子電流分量,L s為定子等效兩相繞組電感, R s為定子繞組電阻,為轉(zhuǎn)速.電流模型估算轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確性受電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響較大;電壓模型由于包含一個(gè)純積分項(xiàng),磁鏈估算的準(zhǔn)確性受積分累計(jì)誤差和初始值的影響,當(dāng)

16、低速時(shí)由于反電動(dòng)勢較小,對(duì)磁鏈估算的準(zhǔn)確性影響更大8.提高轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型的準(zhǔn)確性和魯棒性是改進(jìn)矢量控制系統(tǒng)性能的關(guān)鍵.以滯后環(huán)節(jié)代替純積分項(xiàng)的改進(jìn)電壓模型8以及電流模型和電壓模型的結(jié)合使用9-11都可以提高磁鏈估算的準(zhǔn)確性.2.2直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制在理論上實(shí)現(xiàn)了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦控15第1期丁輝,等:交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略綜述制,但復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和轉(zhuǎn)子磁鏈的難以準(zhǔn)確定向限制了矢量控制的使用范圍.D e pe n b r o c k 12提出直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),它采用雙位式控制器直接控制電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈,根據(jù)控制器輸出從換相表中選擇一個(gè)合適的電壓矢量作用于電機(jī),具有較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng).

17、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制原理可以描述如下:T e =32n p L mL r s s i n .(6其中,L =Ls L r -L 2m ,通過選擇電壓矢量使定子磁鏈在保持幅值恒定的情況下作加速旋轉(zhuǎn),則定子磁鏈s 與r 的夾角增大(小于/2,電磁轉(zhuǎn)矩增大13,實(shí)質(zhì)上代表了轉(zhuǎn)差率.2.2.1定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩反饋模型直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的核心問題是實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的直接控制.計(jì)算定子磁鏈的模型有基于定子電壓、電流的U -I 法,基于定子電流、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的I -法以及兩者的結(jié)合U -法14.U -I 法數(shù)學(xué)模型簡單,但是在低速時(shí)由于反電動(dòng)勢較小無法準(zhǔn)確估計(jì)定子磁鏈,一般用于中高速的定子磁

18、鏈觀測15-16.用1階低通濾波器替換U -I 模型中的純積分環(huán)節(jié)可以改進(jìn)U -I 模型,同時(shí)引入校正環(huán)節(jié)補(bǔ)償磁鏈觀測的誤差17-18,可以獲得更準(zhǔn)確的定子磁鏈觀測值,在得到定子磁鏈后很容易得到轉(zhuǎn)矩測量值.I -法和U -法由于引入了更多的電機(jī)參數(shù),魯棒性較差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)起來比較困難19-20.2.2.2轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制基于雙位式控制器的經(jīng)典直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的典型缺陷是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大.通過減小雙位式控制器的誤差限或者根據(jù)輸出動(dòng)態(tài)地改變誤差限,可以在一定程度上減小轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)21-22,但是同時(shí)需要較高的電壓矢量切換頻率.普通變頻器只能生成8個(gè)電壓矢量(包括2個(gè)零矢量,離散空間矢量調(diào)制(D S VM

19、 通過8個(gè)電壓矢量的線性組合產(chǎn)生更多的電壓矢量,根據(jù)多級(jí)雙位控制器的輸出來合理選擇電壓矢量以保證較小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)23-24.當(dāng)采用離散空間矢量調(diào)制方法時(shí),電壓矢量劃分越細(xì),控制精度越高,同時(shí)系統(tǒng)越復(fù)雜.楊家強(qiáng)等25提出一種基于電壓空間矢量脈寬調(diào)制(S V P WM 的無差拍控制方法,從理論上可以得到在下一采樣周期中使磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差為零的電壓空間矢量,從而消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);另外采用S V P -WM 方法可以通過調(diào)節(jié)占空比來生成任意大小的電壓矢量.無差拍控制雖然從理論上可以消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),但是由于計(jì)算量過大,同時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴性大,魯棒性較差.后來出現(xiàn)了一些性能優(yōu)良的簡化的無差拍控制方法,如轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測

20、控制26-27和基于反電動(dòng)勢的離散時(shí)間直接轉(zhuǎn)矩控制(D T -D T C 28.2.3反饋線性化解耦控制矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制均需要維持磁鏈恒定,否則存在非線性耦合,反饋線性化解耦控制能夠在磁鏈變化的情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和磁鏈的精確動(dòng)態(tài)解耦29.反饋線性化控制通過非線性狀態(tài)反饋和非線性變換實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦和全局線性化,分為微分幾何反饋線性化和直接反饋線性化.2.3.1微分幾何反饋線性化微分幾何反饋線性化方法通過引入微分幾何中李導(dǎo)數(shù)(L i e d e r i v a t i v e 的概念來選擇一個(gè)可逆的數(shù)學(xué)變換,經(jīng)過變換后得到在新的參考坐標(biāo)系下的系統(tǒng)狀態(tài)方程,再經(jīng)過狀態(tài)反饋可以得到輸入-輸出解耦

21、的線性化系統(tǒng).黃濟(jì)榮30詳細(xì)介紹微分幾何方法在異步電機(jī)控制中的應(yīng)用,通過微分同胚坐標(biāo)變換和非線性靜態(tài)狀態(tài)反饋將異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型解耦成轉(zhuǎn)速和磁通2個(gè)子系統(tǒng),解耦后的子系統(tǒng)可以分別根據(jù)線性系統(tǒng)理論來設(shè)計(jì)控制律31.微分幾何反饋線性化從純數(shù)學(xué)的角度出發(fā),通過李導(dǎo)數(shù)來選擇狀態(tài)反饋,轉(zhuǎn)換后的系統(tǒng)變量物理意義不明確,但它在理論上比較容易理解,系統(tǒng)的解耦也容易實(shí)現(xiàn).2.3.2直接反饋線性化直接反饋線性化采用非線性逆系統(tǒng)理論來設(shè)計(jì)控制律,由我國學(xué)者首先提出.將原系統(tǒng)與逆系統(tǒng)串聯(lián)可以構(gòu)成一個(gè)復(fù)合的線性系統(tǒng)32,如圖1所示.制基于動(dòng)態(tài)狀態(tài)反饋,系統(tǒng)各變量物理意義明確,用到的數(shù)學(xué)知識(shí)簡單,但是由于需要考慮零動(dòng)態(tài)問

22、題,限制了它在工程中的應(yīng)用.3現(xiàn)代控制策略由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化,電機(jī)參數(shù)如電阻和電感會(huì)隨溫度和頻率變化,傳統(tǒng)的控制策略普遍受電機(jī)參數(shù)和擾動(dòng)的影響較大;因此,人們開始將不完全依賴數(shù)學(xué)模型魯棒性更強(qiáng)的現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于交流調(diào)速控制系統(tǒng).目前現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括與矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)合,通過設(shè)計(jì)參數(shù)辨識(shí)器、觀測器和智能控制器來修正模型參數(shù)和提高系統(tǒng)魯棒性.3.1滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制的一種控制策略,它的基本思想是通過不連續(xù)的控制律使得系統(tǒng)按照所期望的相軌跡運(yùn)動(dòng).滑模變結(jié)構(gòu)控制結(jié)合矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到大量應(yīng)用35,如圖2所示 .器

23、的參數(shù)調(diào)整律.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,自適應(yīng)速度控制器有較強(qiáng)的魯棒性和快速響應(yīng)特性,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩時(shí),轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)會(huì)產(chǎn)生較大的穩(wěn)態(tài)誤差,但是通過速度外環(huán)的自適應(yīng)控制可以消除穩(wěn)態(tài)誤差,使轉(zhuǎn)速能夠跟蹤給定值.L i n等50以電機(jī)模型為參考模型,設(shè)計(jì)磁通自適應(yīng)觀測器、速度自適應(yīng)觀測器和定子電流觀測器,定子電流觀測器起到了輔助設(shè)計(jì)電流自適應(yīng)控制器的作用.為了解決在交流調(diào)速系統(tǒng)中某些狀態(tài)(如定轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)矩和無速度傳感器時(shí)的電機(jī)速度不可直接測量的問題,由系統(tǒng)可測狀態(tài)和參數(shù)重構(gòu)的自適應(yīng)觀測器近年來得到較快發(fā)展.在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中,需要測量的狀態(tài)變量一般有定子電流、定轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速,但是在一般的控制系統(tǒng)中

24、定子電流和轉(zhuǎn)速可以直接測量,因此只需要設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子磁鏈自適應(yīng)觀測器51-52.采用磁鏈自適應(yīng)觀測器的優(yōu)勢是可以設(shè)計(jì)自適應(yīng)律,根據(jù)實(shí)際輸出量和預(yù)估輸出量對(duì)磁鏈觀測模型進(jìn)行校正,得到更準(zhǔn)確的磁鏈觀測值53.若將觀測模型作為可調(diào)系統(tǒng)模型,選擇合適的參考模型,則根據(jù)模型參考自適應(yīng)控制可以實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)速的在線辨識(shí)54,為無速度傳感器控制的發(fā)展提供了思路55.卡爾曼濾波器作為一類特殊的自適應(yīng)觀測器,兼有狀態(tài)觀測器和濾波器的功能.它可以濾除系統(tǒng)噪聲和量測噪聲的影響,基于最小均方誤差對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行線性估計(jì),因此比一般的觀測器精度高,魯棒性強(qiáng).然而交流調(diào)速系統(tǒng)多為非線性系統(tǒng),為此人們將交流調(diào)速系統(tǒng)方程在

25、最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)附近按泰勒級(jí)數(shù)展開,建立卡爾曼濾波方程,稱為擴(kuò)展卡爾曼濾波器(e x t e n d e dK a l m a nf i l t e r,E K F算法.近年來D S P等高性能控制芯片的快速發(fā)展促使E K F 在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)56-58和磁鏈、轉(zhuǎn)速觀測58-59中獲得廣泛應(yīng)用.應(yīng)用E K F算法建立全階狀態(tài)觀測器可以對(duì)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速、磁鏈以及電流等狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì),但是由于電流和轉(zhuǎn)速方便直接測量,為了簡化觀測器,人們開始研究基于E K F的降階的磁鏈觀測器60.雖然基于E K F的觀測器提高了參數(shù)辨識(shí)和狀態(tài)觀測的準(zhǔn)確性,但是擴(kuò)展卡爾曼濾波器的精確性和收斂性在很大程度上

26、取決于系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣Q和量測噪聲協(xié)方差矩陣R的選取.Q 和R的選取原則是保證穩(wěn)態(tài)跟蹤和濾波收斂,通常可以選為單位矩陣,但是為了保證精度往往需要經(jīng)過調(diào)試進(jìn)行大量的試湊.E K F的濾波參數(shù)優(yōu)化問題將會(huì)成為一個(gè)重要的研究方向61,張勇軍等62將遺傳算法用于E K F的濾波參數(shù)優(yōu)化.3.3模糊控制模糊控制理論可以用于設(shè)計(jì)參數(shù)辨識(shí)器和模糊控制器.在矢量控制系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速和電流控制器均可以設(shè)計(jì)成模糊控制器,從而提高系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)的抑制能力63-65.模糊控制在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用更普遍,由于直接轉(zhuǎn)矩控制定子磁鏈的檢測與定子電阻相關(guān),當(dāng)?shù)退贂r(shí)定子電阻的變化對(duì)定子磁鏈影響較大,采用模糊辨

27、識(shí)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)定子電阻的估算66-68.傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),由于采用磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙位式控制無法分辨磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差,當(dāng)控制系統(tǒng)剛啟動(dòng)或者改變磁鏈和轉(zhuǎn)矩參考值時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)緩慢.將磁鏈位置、磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差作為模糊變量,通過模糊控制規(guī)則選擇合適的電壓矢量可以得到更好的控制效果69-70.結(jié)合S V P WM技術(shù)的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)既抑制了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),又提高了系統(tǒng)抗干擾能力71.3.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)如圖3所示,它的可任意逼近非線性模型特性十分適用于交流調(diào)速系統(tǒng)的控制72.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì) .第期

28、丁輝， 交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略綜述 等： 結(jié) 語 異步電動(dòng)機(jī)的交流調(diào)速控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的 多變量、 非線性、 強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制策 略如矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在工業(yè)上已經(jīng)獲得了 較為成熟的應(yīng)用，但它們普遍依賴精確的電機(jī)數(shù)學(xué) 模型， 由于受到電 機(jī) 參 數(shù) 變 化 和 不 確 定 性 擾 動(dòng) 的 影 響，精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型在實(shí)際中往往是無法得到 的 現(xiàn)代控制理論在電機(jī)模型辨識(shí)和非線性控制器 設(shè)計(jì)方面的理論研究成果較豐富，但是它們?cè)诠I(yè) 中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步的研究 對(duì)交流調(diào)速控制系 統(tǒng)的進(jìn)一步研究將集中在 個(gè)方面： ） 如何結(jié)合現(xiàn) 代控制理論建立更 精 確 的 電 機(jī) 模 型；

29、 ） 何 在 傳 統(tǒng) 如 控制策略的基礎(chǔ)上， 通過設(shè)計(jì)非線性控制器和智能控 制器來提高交流調(diào)速系統(tǒng)性能；） 如何逐步擺脫數(shù)學(xué) 模型的限制，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制 尹 雁，邱 阿 瑞，王 光 輝 一 種 改 進(jìn) 的 電 壓 型 轉(zhuǎn) 子 磁 鏈 估 計(jì)模型 電氣傳動(dòng)， ， （ ） ： ， ， ， （ ） ， ： 李浩，譚國俊，方靜 歡，等 基 于 全 階 閉 環(huán) 轉(zhuǎn) 子 磁 鏈 觀 測器矢量控制系統(tǒng) 電 力 電 子 技 術(shù)， ， （） ： ， ， ， ， ） ， （ ： 劉燕，邵曉強(qiáng) 異 步 電 機(jī) 矢 量 控 制 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 子 磁 鏈 間 接 檢測方法 微電機(jī)， ， ： （ ） ， ， ： ， （ ） ， ， ： ， （ ） （ ） ， ， （ ） ： 葉斌 電 力 電 子 應(yīng) 用 技 術(shù) 北 京：清 華 大 學(xué) 出 版 社， ： 謝鴻鳴，陳伯 時(shí) 異 步 電 機(jī) 定 子 磁 鏈 的 間 接 觀 測 方 法 電氣傳動(dòng)， ： （ ） ， （ ） ， ： ， ， （） ， ： ， ， ， ： ， ， ： （ ） 李春杰，李旭春 一種改進(jìn)的