模糊控制在交流調(diào)速中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景
周 煉，謝運祥
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州 510640)
摘要：綜述和分析了模糊控制技術(shù)在交流調(diào)速領(lǐng)域中的應(yīng)用，結(jié)合模糊控制技術(shù)的發(fā)展，給出了一些具體的應(yīng)用實例，并提出了有待進一步解決的問題和發(fā)展前景．
關(guān)鍵詞；模糊控制調(diào)速交流電動機
中圖分類號：tm301.2 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)02-0029-03
1引 言
交流電機是一個多輸入多輸出的非線性系統(tǒng)，它一方面具有較為確定的數(shù)學(xué)模型，另一方面又具有非線性和參數(shù)變化的特點。傳統(tǒng)的電機調(diào)速系統(tǒng)大多采用結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的pid控制技術(shù)，但這種方法局限于線性系統(tǒng)，并過分地依賴于控制對象的模型參數(shù)，魯棒性差。對于模型參數(shù)大范圍變化且具有較強非線性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，pid調(diào)節(jié)器難以滿足高精度、快響應(yīng)的控制要求，常不能有效克服負(fù)載、模型參數(shù)的大范圍變化及非線性因數(shù)的影響。現(xiàn)在的控制方法，包括矢量控制都是建立在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，一旦模型偏離了實際的系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能就會大大降低；而且負(fù)載特性各不相同，使得設(shè)計和調(diào)節(jié)都很困難。為了提供交流高精度的電動機控制方法，國內(nèi)外學(xué)者運用現(xiàn)代控制理論中幾乎所有的方法對其進行了太量的研究。將已有的控制方法和智能控制手段相結(jié)合，是研究出高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)基本思路。
模糊控制是一種典型的智能控制方法，廣泛地應(yīng)用于自然科學(xué)和社會科學(xué)的許多領(lǐng)域，其****的特點是將專家的經(jīng)驗和知識表示為語言控制規(guī)則，并用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)，這樣它可以不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，能夠克服非線性因數(shù)的影響，對調(diào)節(jié)對象的參數(shù)具有較強的魯棒性。模糊控制主要包括模糊化、模糊推理及模糊判斷三部分。其中模糊化將精確測量值轉(zhuǎn)化為模糊語言，用模糊集表示實測的輸入值；模糊推理根據(jù)已知的控制規(guī)律和數(shù)據(jù)，用已知的模糊輸入量推導(dǎo)出相應(yīng)的模糊輸出，它是模糊控制器的核心；模糊判決實現(xiàn)由控制輸出模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化，以得出用于控制的精確輸出值。通常模糊判決所采用的方法有****隸屬度方法、中位數(shù)判決方法和加權(quán)平均法等。
將模糊控制器用于電機調(diào)速可以充分體現(xiàn)其適應(yīng)于非線性時變、滯后系統(tǒng)的控制、魯棒性強的特點，由于不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因而設(shè)計較方便。近年來這方面的研究很活躍，文中將介紹一些典型的應(yīng)用。
2簡單模糊控制器在交流調(diào)速中的應(yīng)用
2,1速度控制
模糊控制在交流傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用主耍是速度控制[1]，模糊控制器處于最外環(huán)，而內(nèi)環(huán)仍保留矢量控制、滑動模解耦控制等傳統(tǒng)控制方法。用模糊控制器取代常規(guī)的pi控制品[2]，在參數(shù)變化、負(fù)載擾動的情況下仍可得到快速、強魯棒性的控制。為了使系統(tǒng)性能與機械負(fù)載匹配，文獻[3]應(yīng)用模糊推理合成規(guī)則，建立電動機模型，采用參數(shù)自調(diào)整方案，以滿足過程響應(yīng)在不同運動狀態(tài)下對參數(shù)的不同要求。模糊控制在轉(zhuǎn)矩環(huán)的應(yīng)用有感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)差增益調(diào)節(jié)控制，當(dāng)轉(zhuǎn)差增益失調(diào)時，用模糊邏輯來修改其中的參數(shù)以維持解耦條件成立。文獻[4]提出了一種采用模糊控制器的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，應(yīng)用模糊邏輯來確定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，把磁鏈位置、磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差作為模糊變量，模糊控制器基于一套模糊規(guī)則來選擇開關(guān)狀態(tài)，從而有效地提高系統(tǒng)在啟動和轉(zhuǎn)矩指令突變時的響應(yīng)速度。
2.2模糊系統(tǒng)辨識
在異步電動機運行時由于定子電阻是一直變化著的，這嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的低速性能。現(xiàn)代調(diào)速理論如直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等很難解決這一問題。文獻[5]提出了基于模糊控制理論設(shè)計的定子在線觀測器，能比較準(zhǔn)確的反映出定子變化的實時值，為改善系統(tǒng)的低速性能創(chuàng)造了條件。
3復(fù)合模糊控制技術(shù)在交流調(diào)速中的應(yīng)用
將模糊控制策略直接用于電機的速度控制往往得不到好的控制效果，這樣控制器的分辨率很底，還會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差。增加論域的數(shù)量固然可以提高分辨率，但會降低控制器的處理速度，增加數(shù)據(jù)的儲存量，論域取得過小時還可能使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。采用復(fù)合模糊控制是解決這一矛盾的有效方法。
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