模糊PID控制的異步電機矢量調速系統仿真

賈立輝，鄭中白，張榮華

(河北理工大學，河北唐山063009)

    摘要：針對異步電動機調速系統的非線性和結構參數的易變性等特點，將模糊控制和PID控制結合起來，設計了模糊PID調速系統的轉差模糊控制仿真模型，并對模型進行了性能研究。仿真結果表明，該仿真模型具有良好的適應性、魯棒性，并且提高了非線性系統的動、靜態特性，使得系統獲得了較好的性能。

    關鍵詞：模糊PID控制；異步電機；矢量系統；仿真

中圖分類號：TM343    文獻標識碼：A    文章編號：1004-7018(2008)07-0047-03

 

 

    0 前言

    在交流異步電機的各種調速方案中，由于異步

電機是多變量、非線性、強耦合的被控對象，且在運行過程中存在參數時變特性，很難確定精確的數學模型。本文采用模糊控制與PID控制結合的方法，以異步電機的轉差閉環調速系統為例，設計了相應的模糊PID控制器，建立了調速系統的模糊控制仿真模型。

 

1異步電機矢量控制系統

 

    異步電機通過矢量變換轉化為等效的直流電機模型，對直流量進行控制，然后通過反變換將直流量變回交流量，這就是異步電機矢量控制原理。

 

    按轉子磁場定向的異步電機矢量控制系統模型，由于按轉子磁鏈定向，旋轉坐標系的M軸取向于轉子全磁鏈ψr軸，而T軸垂直于M軸，從而ψr在T軸上的分量為零，這表明轉子全磁鏈ψr****有M軸繞組中電流產生，可知定子電流矢量is(Fs)在M軸上的分量isM是純勵磁電流分量；在T軸上的分量isT是純轉矩電流分量。ψr在M-T軸上的分量可用方程表示為：

 

 

量控制系統所依據的控制方程式。

    三相異步電機按轉子磁場定向的轉矩方程為：

 

 

    式(4)表明，在同步旋轉坐標系上，如果按異步電動機轉子磁鏈定向，則異步電機的電磁轉矩模型就與直流電動機的電磁轉矩模型完全一樣了。

    圖1為異步電機的轉差矢量控制系統的結構

 

 

環節，轉速反饋角速度信號和由電流部分計算的轉差角速度信號值之和經過一個積分環節變成轉速角度信號，作為矢量反變換環節的角度值輸入。該系統特點如下[1]:

    (1)轉速調節器輸出正比于轉矩的給定信號，

 

如果僅考慮轉子磁通的穩態方程式，即p=0，則上

 

 

    限于篇幅，本文不再給出矢量變換等關系式的推導，詳見參考文獻[2]。

 

    2 模糊PID控制器的建立

 

    所要建立的仿真模型中，以當前轉速的偏差e和偏差的變化率ec作為輸入，定義e和ec的模糊量的模糊子集為|NB，NM，NS，ZO，PS，PM,PB|，并將它們映射到論域[-3，3]上。

 

 

    如圖2所示，以模糊控制器的輸出kp、ki、kd作為常規PID控制器的比例、積分、微分參數的修正值輸入量，kp、ki、kd的模糊子集定義為|NB,NM,NS,ZO，PS,PM,PB|，也將它們的論域映射到[-3，3]上。模糊控制的核心是模糊控制規則，控制規則的選取直接決定控制效果的好壞，參數kp、ki、kd的值是輸入偏差e和偏差的變化率ec經過模糊控制規則計算出來的，其中kp、ki、kd。的整定原則如下：

 

    (1)|e|很大時，無論ec如何，都應采取最強的控制，使誤差****值以