基于自整定模糊PID控制器的SRM調(diào)速系統(tǒng)
惠鴻忠1，陳蓮2
(1聊城大學(xué)，山東聊裁252059；2山東第二技術(shù)學(xué)院，山東聊城252027)
摘要：以數(shù)字信號處理器為主控芯片，建立了開關(guān)磁阻電動機調(diào)速(SRD)控制系統(tǒng)，設(shè)計了自整定模糊PID控制器，實現(xiàn)了開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)速的實時控制。實驗證明，自整定模糊PID控制器兼有模糊控制器和PID控制器的優(yōu)點，能有效減小系統(tǒng)超調(diào)，縮短系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，它是一種有效的控制算法，具有較高的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：自整定模糊PID控制器；開關(guān)磁阻電動機；DSP；調(diào)速系統(tǒng)
中圖分類號：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2010)04—0045—03
0引言
融開關(guān)磁阻電動機、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與控制技術(shù)于一體的開關(guān)磁阻電動機調(diào)速(SRD)系統(tǒng)具有電機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，系統(tǒng)可靠性高，調(diào)速范圍廣，可以實現(xiàn)高起動轉(zhuǎn)矩和低起動電流等優(yōu)點，是一種****發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗姍C調(diào)速系統(tǒng)[1]。但是，由于開關(guān)磁阻電動機具有嚴(yán)重的非線性及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)特點，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，且在不同的控制策略下其參數(shù)、結(jié)構(gòu)都是變化的，因此固定參數(shù)的PID控制方式難以獲得理想的控制性能[2]。模糊控制是目前應(yīng)用較多的一種智能控制方法，無需被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型即能實現(xiàn)較好的控制效果。其特點是當(dāng)工作條件在大范圍內(nèi)變動時，動態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)小，且具有很好的魯棒性。但模糊控制的系統(tǒng)中又很難消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下，常常在平衡點附近會有小的振蕩現(xiàn)象[3]。針對以上情況，本文在參考一些模糊控制和模糊PID控制算法[4-5]。的基礎(chǔ)上，設(shè)計了采用自整定模糊PID控制器為速度調(diào)節(jié)器、以數(shù)字信號處理器
0引言
融開關(guān)磁阻電動機、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與控制技術(shù)于一體的開關(guān)磁阻電動機調(diào)速(SRD)系統(tǒng)具有電機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，系統(tǒng)可靠性高，調(diào)速范圍廣，可以實現(xiàn)高起動轉(zhuǎn)矩和低起動電流等優(yōu)點，是一種****發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗姍C調(diào)速系統(tǒng)[1]。但是，由于開關(guān)磁阻電動機具有嚴(yán)重的非線性及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)特點，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，且在不同的控制策略下其參數(shù)、結(jié)構(gòu)都是變化的，因此固定參數(shù)的PID控制方式難以獲得理想的控制性能[2]。模糊控制是目前應(yīng)用較多的一種智能控制方法，無需被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型即能實現(xiàn)較好的控制效果。其特點是當(dāng)工作條件在大范圍內(nèi)變動時，動態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)小，且具有很好的魯棒性。但模糊控制的系統(tǒng)中又很難消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下，常常在平衡點附近會有小的振蕩現(xiàn)象[3]。針對以上情況，本文在參考一些模糊控制和模糊PID控制算法[4-5]。的基礎(chǔ)上，設(shè)計了采用自整定模糊PID控制器為速度調(diào)節(jié)器、以數(shù)字信號處理器系統(tǒng)中，TMS320F2407的功能是綜合處理速度指令、速度信號以及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，通過PwM發(fā)生器向功率變換器一絕緣柵雙極晶體管(IGBT)輸出PwM信號，控制IGBT的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對sRM運行狀態(tài)的控制。位置檢測裝置對SRM的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，并將檢測信號送入DsP的cAP單元，經(jīng)處理后得到電機的速度和轉(zhuǎn)向，從而完成速度環(huán)的閉環(huán)控制。電流檢測裝置用于檢測電機的相電流，經(jīng)隔離放大后，送入DSP的A／D接口，實現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，繼而實現(xiàn)電流環(huán)的閉環(huán)控制。功率變換器的作用是為SRM的運行提供能量。
對于開關(guān)磁阻電機的控制，傳統(tǒng)的方法是在起動和低速時采用電流斬波控制，高速時采用角度位置控制。其優(yōu)點是可以通過合理選擇參數(shù)，使得開關(guān)磁阻電機在整個運行范圍內(nèi)工作于較佳狀態(tài)；但因存在模式轉(zhuǎn)換，因而控制復(fù)雜，成本偏高。而采用PwM技術(shù)，固定導(dǎo)通角，對調(diào)速系統(tǒng)的功率開關(guān)實施斬波，實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，在整個速度范圍內(nèi)實現(xiàn)單一模式控制，控制簡單、性價比高。TMS320F22107恰好帶有PwM發(fā)生單元，可以產(chǎn)生8路具有可編程死區(qū)和可變輸出極性的PwM信號。PwM信號經(jīng)過光電隔離后輸入到功率變換電路，用以控制電機的運行。
2自整定模糊PID控制器的設(shè)計
2．1控制器結(jié)構(gòu)及工作原理
自整定模糊PID控制器由兩部分構(gòu)成，即常規(guī)HD控制部分和模糊推理的參數(shù)校正部分，如圖2所示。
自整定模糊PID控制器的工作原理是：在運行中通過不斷檢測偏差e和偏差 |
