感应电机直接转矩控制系统中的模糊控制研究

2 常用模糊控制器在控制系统中的应用
2．1 控制器
传统直接转矩控制系统采用Bang―Bang控制，滞环调节器的容差影响磁链和转矩脉动。容差大小是一个模糊量，无法根据磁链、转矩误差的量确定数学模型，采用模糊控制，根据经验知识来确定容差不失为一明智选择。采用的模糊控制器只有两个输入变量，转矩误差和磁链角，其输出变量为占空比，通过控制规则选择合适占空比，减小了低速下磁链和转矩脉动。采用磁链误差、转矩误差和电机工作点作为模糊控制器的输入变量，该方法的新颖之处在于将电机工作点作为模糊控制器输入变量，在转矩和转速为坐标轴坐标系中，按工作时转矩、转速所占额定值的百分比确定工作点，按转矩转速百分比相等线左右各分3个区。文献根据异步电机定子磁链偏差和转矩偏差以及定子磁链的所在位置，运用模糊逻辑技术动态地得到电机所期望的空间电压矢量，再结合SVM技术实现对异步电机的控制。
直接转矩控制中都采用速度闭环控制，以增强控制系统对外界扰动的抗干扰能力和适应负载变化的能力。将给定转速和反馈速度(估算或检测)的差值作为速度调节器的输入信号，由速度调节器根据速度的变化产生转矩给定Tg信号。常用的速度反馈中，都采用PI控制器，但系统参数一旦选定，不能根据实际情况改变，没有自适应能力。因此，文献提出通过选用速度误差和误差变化率作为模糊变量，通过控制规则来实现速度跟随，提高了系统的响应速度和稳态精度。
2．2 辨识器
文献中，提出一种模糊估计器，用来估算定子电阻。直接转矩控制采用电压模型观测磁链在低速下误差较大，从而导致转矩脉动大。通过辨识定子电阻的变化，进而估算转矩和磁链误差，然后根据转矩误差和磁链误差选择电压空间矢量，对磁链进行补偿。

3 复合模糊控制器在控制系统中的应用
模糊控制在实际应用过程中存在一些缺陷。首先对于时变参数非线性系统，尤其是电机的控制要求快速准确，模糊控制所依赖的控制规则却缺乏在线自学习或自调整的能力。其次，模糊控制器的变量论域是固定的，无法使整个被控对象的稳态误差降到最低。若要提高精度，势必要增加量化级数。导致推理时间过长，系统实时性差。另外，模糊控制系统的设计尚缺乏系统性，无法定义控制目标，而控制规则的选择、论域的选择、模糊集的定义、量化因子的选取等多采用试取法，这对复杂系统难以凑效。因此，人们在模糊控制的自学习或是自调整能力方面已开展了许多研究，设计了多种不同类型的模糊控制器，如模糊PID控制器、自适应模糊控制器、滑膜模糊控制器和模糊神经网络控制器等。
3．1 模糊PID控制
传统的模糊控制器其变量论域是固定的，无法使整个被控对象的稳态误差降到最低。若要提高精度，势必要增加量化级数，导致推理时间过长，系统实时性差。对于要求响应更快和稳态精度更高的情况，一般的模糊控制器难以胜任。而PID控制器具有简单易行，控制性能较好的特点，但是其参数是固定的，不能适时调整，在多变量、高阶和非线性的交流系统，无法达到最优效果。文献将传统PID速度调节器和模糊理论结合，使该控制器可依据速度误差和速度误差变化率在线调整传统PID控制器的参数，增加了速度调节的自适应能力，提高了系统的响应速度
3．2 自适应模糊控制器
由于交流电机参数受温度和磁路饱和的影响，具有严重的非线性，实际调速系统的转速设定范围变化较大，常规模糊控制器较难高性能地适应。获得常规模糊控制器规则，只能凭人的一般经验设计，再经过实验反复调整，不仅费时费力、很难优化，而且量化因子、比例因子的选取对系统的性能影响很大，一旦这些因子确定后，系统的参数、给定或扰动变化过大时，则满足不了该系统在时变情况下响应速度快、稳态精度高的要求。在低速时，系统甚至无法运行。自适应控制在被控对象未知或被控对象参数发生改变时，能调整控制器的控制方法或参数，将自适应理论引入模糊控制能充分发挥各自的优点。文献提出一种自适应模糊PD型速度调节器，应用于模糊直接转矩控制系统。该调节器输出部分的比例因子可以根据速度的实时变化趋势经自适应调整机构的模糊规则库在线调整，解决了常规模糊控制器在控制过程中参数不变带来的问题，满足了异步电机模糊直接转矩控制系统响应速度快、稳态精度高、调速范围宽的要求。