CN103457532A

CN103457532A - 一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法

Info

Publication number: CN103457532A
Application number: CN2013104120031A
Authority: CN
Inventors: 王火明
Original assignee: KUNSHAN XINJINFU PRECISION ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: KUNSHAN XINJINFU PRECISION ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法，为了解决电机转速和磁链辨识上存在的误差和扰动性问题，采用了模糊自适应控制器的在线自动调整功能，该功能结合电机测量模块、按转子磁链定向转子磁链电流模型、转速推算模块进行配合的控制。与现有技术相比，本发明的无速度传感器矢量模糊自适应转速控制可以很好的提高异步电机转速的跟踪精度和鲁棒性。

Description

一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法。

背景技术

随着国内电机控制领域的快速发展，各种控制方法越来越趋于智能化和高精度化，异步电机作为日常生活中应用最为广泛的电机之一，在国民经济和工业化发展中起到了至关重要的作用。近年来，无速度传感器控制技术在异步电机控制领域中因其体积小、重量轻而受到了广泛的关注。

目前，在无速度传感器控制技术领域中应用较多的方法有动态速度估计法、神经网络理论方法、模型参考自适应法以及扩展卡尔曼滤波器法，以上各种控制方法特点不同，对控制的场合要求也不同，现有的无速度传感器控制技术至少存在以下问题：

一方面现有的无速度传感器在异步电机控制中存在跟踪精度和控制实时性不足的问题，在对电机转速和磁链的辨识上难免存在误差。

另一方面由于交流异步电机的内在参数的时变不稳定性和外在工作负载的影响，使得电机在控制过程中系统抑制参数变化和抗干扰能力不够好。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供了一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法，该发明可以具有很好的对电机转速和磁链的跟踪精度，同时通过在线的自动调整提高系统的抗干扰能力。

本发明主要涉及到如下内容：基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法包括电源模块部分、逆变器模块、电流滞环PWM发生器模块、异步电动机模块、电机测量模块、按转子磁链定向转子磁链电流模型、2/3坐标变换模块、转速推算模块以及模糊自适应控制器；驱动模块包括逆变器模块和电流滞环PWM发生器模块，异步电动机模块同连接电机测量模块相连接；模糊自适应控制器隶属度函数选为三角形隶属度函数和gaussmf隶属度函数。

本发明的有益效果是：本发明具有很好的跟踪精度和控制实时性，在对电机转速和磁链的辨识上可以满足跟踪控制要求。此外，通过应用模糊自适应的在线的自动调整功能，可以实时的调整异步电机电阻电感等参数带来的不利影响，取得了较强的抗扰动效果，以此改善系统的非线性影响。

附图说明

图1为磁链及无速度传感器矢量控制系统示意图；

图2为模糊自适应控制器示意图；

图3PID转速控制示意图；

图4无速度传感器矢量模糊自适应转速控制示意图。

具体实施方式

图1为磁链及无速度传感器矢量控制系统示意图，该控制系统包括以下几个部分：电源模块部分、逆变器模块（Universl Bridge）、电流滞环PWM发生器模块（Generate）、异步电动机模块（Asynchronous Machine SI Units）、电机测量模块(M)、按转子磁链定向转子磁链电流模型（current model）、2/3坐标变换模块（dp0_to_abc）、转速推算模块（speed calculator）、模糊自适应控制器模块（Fuzzy Adaptive System2）。

电源模块部分直流供电电压410V，驱动部分包括逆变器模块（Universl Bridge）和电流滞环PWM发生器模块（Generate），其中电流滞环PWM控制所选用的电力电子器件为IGBT,缓冲电阻为1e5，缓冲电容为无穷大，开通电阻值为1e-3，模块中滞环宽度分别为：开通点0.6S，关断点-0.55，其大小值不等，留有桥臂上下开关交替导通时的"死区"，避免换流时的直通。开通时输出为1，关断是输出为0，其中滞环控制器由三个单相电流滞环控制器打包组成。

异步电动机模块（Asynchronous Machine SI Units）连接电机测量模块(M),需要测得的量是电流ia、转速n、电磁转矩Te、d轴上的磁链psid以及q轴上的磁链psiq。

图2为模糊自适应控制器示意图，本发明的设计中，模糊集和论域的相关参数分别为：模糊集包括零(0)，正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)。输入参数e和ec论域在-12～12之间，隶属度函数选为三角形隶属度函数；输出量Kp*、Ki*、Kd*的论域在-0.8～0.8之间，K_p ⁰、K_i ⁰、K_d ⁰为调整初始值，隶属度函数为gaussmf。

在选取两个模糊因子Gain3和Gain4以及三个解模糊因子Gain、Gain1、Gain2的时候，由PID参数整定原则可以建立模糊控制规则，模糊自适应控制器的相关参数调整规则是：首先增大Gain3能够加快调节反应，但不宜过大以免产生超调和震荡，增大Gain4的情况和Gain3相反，增大Gain会加快反应速度，但不能太大，以避免超调增大，增大Gain1和Gain2能够减小超调，减小系统震荡，但会使得时间调节延长。经过以上的调节，模糊自适应控制器的相关参数调整数值是：K_p ⁰、K_i ⁰、K_d ⁰分别为0.67、0.38、0，Gain3和Gain4调整值为7、2，Gain、Gain1、Gain2调整值为8、4、1。以上所选用的模糊自适应控制器可以实时的调整异步电机电阻电感等参数带来的不利影响，具有较强的抗扰动效果和鲁棒性。

图3和图4分别为PID转速控制和无速度传感器矢量模糊自适应转速控制示意图，图中给定一个周期30s的锯齿波，其波动范围为200～250rad/s，经过对比发现PID转速控制的启动超调量大，跟踪的波动较为明显，而无速度传感器矢量模糊自适应转速控制可以克服以上确点，体现了很好的抗扰动性和较高的跟踪控制精度。

Claims

1.一种基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法，包括电源模块部分、驱动模块、异步电动机模块、电机测量模块、按转子磁链定向转子磁链电流模型、2/3坐标变换模块、转速推算模块以及控制器模块，其特征在于，所述控制器模块用模糊自适应控制器替代。

2.根据权利要求1所述的基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法，其特征在于，所述驱动模块用逆变器模块和电流滞环PWM发生器模块来实现。

3.根据权利要求1所述的基于模糊自适应的无速度传感器磁链矢量控制方法，其特征在于，所述的模糊自适应控制器模糊集划分为7种，即：零(0)，正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，隶属度函数分别选为三角形隶属度函数和gaussmf隶属度函数。