基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制的永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制
喬維德
(常州市廣播電視大學(xué)，江蘇常州213001)
摘要：針對刃(磁同步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)存在較大轉(zhuǎn)矩脈動的特點，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制策略，用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立定子磁鏈觀測器，將模糊控制算法引入逆變器狀態(tài)開關(guān)選擇器，通過對轉(zhuǎn)矩誤差、定子磁鏈誤差和磁鏈位置角的模糊分級來實現(xiàn)逆變器開關(guān)的分級控制。仿真及實驗結(jié)果表明，與常規(guī)DTC相比，該控制方法轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、磁鏈響應(yīng)速度快、響應(yīng)脈動小，具有良好的穩(wěn)態(tài)跟蹤性能和優(yōu)異的動態(tài)響應(yīng)，適合工程實際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：水磁同步電動機；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模糊邏輯；直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)
中圖分類號：TM341；TP273+．3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)08—0036—04
0引言
直接轉(zhuǎn)矩控制(以下簡稱DTC)是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種高性能的交流變頻調(diào)速技術(shù)，該控制方法摒棄了矢量控制中電流解耦的控制思想，應(yīng)用空間電壓矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計算并控制電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，采取定子磁鏈定向，借助離散的兩點式調(diào)節(jié)(Ban d—Ban d)產(chǎn)生PWM信號，從而直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行****控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的優(yōu)良動態(tài)性能。它省去了矢量控制中復(fù)雜的空間坐標(biāo)變換，具有控制結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、對轉(zhuǎn)子參數(shù)不敏感等優(yōu)點。
目前DTC已成功應(yīng)用于異步電動機，近年來一些學(xué)者開始致力于該控制方式在同步電動機上的拓展，初步實現(xiàn)了永磁同步電動機(以下簡稱PMSM)的直接轉(zhuǎn)矩控制。但在PMSM中由于轉(zhuǎn)子永磁磁通的始終存在，使用零電壓矢量盡管能控制定子磁鏈觀測器走走停停，卻無法控制轉(zhuǎn)矩瞬間減小，因此只能使用反電壓矢量來實現(xiàn)，而反電壓矢量的應(yīng)用又往往使PMSM在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)加快的同時，會引起磁鏈和轉(zhuǎn)矩的劇烈變化，從而影響DTC的穩(wěn)態(tài)性能[1]。為了抑制轉(zhuǎn)矩脈動，有效提高PMSM直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，本文提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的PMSM DTC策略，即利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造定子磁鏈觀測器，應(yīng)用模糊邏輯推理設(shè)計逆變器狀態(tài)開關(guān)選擇器，從而使PMSM DTC系統(tǒng)獲得較強的魯棒性和優(yōu)良的動態(tài)性能，文中對此進行了仿真分析和驗證。
1 PMSM DTC控制理論
圖1為永磁同步電動機定、轉(zhuǎn)子磁鏈的空間矢量圖。Ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量，由于轉(zhuǎn)子是永磁體，Ψr為一常量；Ψs是定子磁鏈空間矢量，Ψr與Ψs夾角稱為功角δ。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線
重合時，功角δ為O。或180。，兩磁極系統(tǒng)處于穩(wěn)定或不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。功角δ=O。時只存在平衡磁拉力，而不存在任何轉(zhuǎn)動趨勢；功角δ=180。時處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，稍微加一擾動便立即恢復(fù)到功角δ=O。的狀態(tài)，所以在以上兩種狀態(tài)下，電機均不能旋轉(zhuǎn)。只有保持功角δ≠0。時，電機才能連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
由電磁學(xué)原理得出，PMSM輸出電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈幅值、轉(zhuǎn)子磁鏈幅值以及定、轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角(功角)δ的正弦成正比。實際運行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分利用電動機鐵心；PMSM轉(zhuǎn)子磁鏈幅值通常取恒值，要改變電動機轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過改變定、轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角(功角)δ的大小來實現(xiàn)。而同步電機轉(zhuǎn)子磁極同轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，不容易控制，所以DTc通過選擇不同的定子電壓矢量調(diào)節(jié)定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度與方向，就可以瞬時改變功角δ，得到快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制，這正是PMSM DTc的基本思想[2,3]。DTc較采用通用變頻器的矢量控制方式相比，不需要依據(jù)或輸入準(zhǔn)確的同步電機參數(shù)，它把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量，不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是對轉(zhuǎn)矩進行直接控制，因此大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題，既直接又簡化。
2 PMsM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊DTc系統(tǒng)
2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
PMSM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊DTc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中，ω為給定角速度，ω為實際轉(zhuǎn)子角速度；Te為給定電磁轉(zhuǎn)矩，Te為實際電磁轉(zhuǎn)矩；Ψs為給定定子磁鏈，Ψsα、Ψsβ為定子磁鏈在α-β坐標(biāo)中的分量；usα |
