【正文】 外，磁通也是一個獨立的輸出變量。因為電機只有一個三相電源，磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時進(jìn)行的，但為了獲得良好的動態(tài)性能，還希望對磁通施加某種控制，使它在動態(tài)過程中盡量保持恒定，才能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。由于這些原因，交流電機是一個多變量系統(tǒng)，而電壓、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速又互相影響，所以是強耦合的多變量系統(tǒng)。近年來，交流電機的控制技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。由于交流電機具有多變量、非線性、強耦合等特性，與直流電機相比，轉(zhuǎn)矩控制更加困難，因此，70年代初，由西德EBlasschke等人首先提出的矢量控制(vecto疋ontr01)理論【弘叭，它應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效成兩相系統(tǒng)，經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對交流電動機的磁鏈和電流分別控制的目的，從而解決了交流電機的轉(zhuǎn)矩控制問題。目前對調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝大都采用了矢量控制型的變頻調(diào)速裝置。受矢量控制的啟迪，近年來又派生出諸如多變量解耦控制、變結(jié)構(gòu)滑?？刂啤⒆赃m應(yīng)控制【協(xié)12】等方法，豐富了矢量控制的內(nèi)涵。1985年德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論(DirectTorqueControl簡稱DTC)[13】，其控制結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)全數(shù)字化，目前正受到各國學(xué)者的重視。近年來，各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)【I168。5】的研究，無傳感器控制技術(shù)不需要檢測硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，引起了學(xué)者廣泛的研究興趣。另外，智能控制，如專家控制、神經(jīng)元控制、模糊控制和神經(jīng)模糊控制等是自動控制理論發(fā)展的高級階段，在解決受控對象復(fù)雜、難以獲得數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜過程的問題上，具有經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論不能達(dá)到的優(yōu)勢，為提高交流調(diào)速系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性提供了有效的控制方法，這一研究方向也成為目前交流電動機控制的研究熱點。歸納目前大量應(yīng)用的調(diào)速控制系統(tǒng)，并對技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求進(jìn)行全面分析之后，我們可以總結(jié)出下列發(fā)展趨勢：(1)高頻化。在功率驅(qū)動裝置中，低頻的半控器件——晶閘管在中小功率范圍將會被高頻的全控器件——大功率晶體管所代替，這既可提高系統(tǒng)性能，又可改善電網(wǎng)的功率因素。(2)交流化。由于交流電機本身的優(yōu)勢，交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。隨著交流調(diào)速系統(tǒng)成本的逐步降低，不僅現(xiàn)有的直流調(diào)速系統(tǒng)將被交流調(diào)速系統(tǒng)取代；而且，大量的原來恒速運行的交流傳動系統(tǒng)將被改為交流調(diào)速系統(tǒng)，原來直流調(diào)速所不能達(dá)到的高轉(zhuǎn)速、大功率領(lǐng)域，也將采用交流調(diào)速系統(tǒng)。(3)網(wǎng)絡(luò)化。微處理器的發(fā)展，使數(shù)字控制器簡單而又靈活，同時為聯(lián)網(wǎng)提供了可能。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，單機的控制系統(tǒng)越來越少，取而代之的是大規(guī)模多機協(xié)同工作的高度自動化系統(tǒng)，這就需要計算機網(wǎng)絡(luò)的支持，傳動設(shè)備及控制器作為一個節(jié)點連到現(xiàn)場總線或工業(yè)控制網(wǎng)上，實現(xiàn)集中或分散的生產(chǎn)過程實時監(jiān)控。(4)智能化。智能控制如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、解耦控制等，已深入到運動控制系統(tǒng)的各個方面，各種智能觀測器和辨識技術(shù)應(yīng)用于電機控制系統(tǒng)中，大大改善了控制系統(tǒng)的性能，為電機控制系統(tǒng)的智能化提供了可能。1．1．2調(diào)速控制系統(tǒng)的計算機仿真調(diào)速控制系統(tǒng)的計算機仿真是涉及到控制理論、計算數(shù)學(xué)和計算機技術(shù)的綜合性技術(shù)。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計算機為工具，對系統(tǒng)進(jìn)行實驗研究的一種方法。系統(tǒng)仿真就是用模型(物理模型或數(shù)學(xué)模型)代替實際系統(tǒng)進(jìn)行實驗和研究，而計算機仿真能夠為各種實驗提供方便、廉價、靈活可靠的數(shù)學(xué)模型。因此，凡是要用模型進(jìn)行實驗的，幾乎都可以用計算機仿真來研究被仿真系統(tǒng)的工作特點、選擇最佳參數(shù)和設(shè)計最合理的系統(tǒng)方案。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機仿真越來越多地取代純物理仿真，它為控制系統(tǒng)的分析、計算、研究、綜合設(shè)計以及自動控制系統(tǒng)的計算機輔助教學(xué)提供了快速、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)及有效的手段。目前，比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件是MATLAB[1920]，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink T具箱【2l】對其進(jìn)行計算機仿真研究。MATLAB軟件由于其強大的功能，早己被廣泛運用于控制系統(tǒng)的計算、分析和設(shè)計當(dāng)中，成為一種必需的工具。使用MATLAB軟件對各種調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和設(shè)計，可以大大縮短控制系統(tǒng)的算法設(shè)計開發(fā)周期。電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究的內(nèi)容包括系統(tǒng)的建模、性能分析、算法設(shè)計和優(yōu)化參數(shù)等幾個方面。算法設(shè)計是仿真的一項重要應(yīng)用。研究者們可以通過仿真實現(xiàn)各種算法的控制器設(shè)計，利用仿真還可以優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。就調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB建模方式而言，主要有三種類型，即基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)建模、面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)建模和編制MATLAB語言源程序建模。其中前兩種是在MATLAB／Simulink集成環(huán)境下建模。這幾種方式各有特點，研究者大多使用基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建模方式。這種方式建模依據(jù)系統(tǒng)各部分的傳遞函數(shù)直接建模，運行仿真的時間一般很短，往往在一兩秒之間即出結(jié)果，非?？旖?。近年來，面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)的構(gòu)建調(diào)速系統(tǒng)模型的方法得到了越來越多的應(yīng)用，以此進(jìn)行各種交直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真，該方法由于使用了Simulink／Power System工具箱中的電力模塊，所以搭建的仿真模型正如其名稱，與系統(tǒng)的電氣原理圖結(jié)構(gòu)相似，很直觀；但系統(tǒng)模型規(guī)模較大，仿真時間較長。由于MATLAB軟件能夠很好地對電機調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，因此在本論文中，利用MATLAB特別是Simulink工具箱，構(gòu)建電機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，對多種智能調(diào)速方法的仿真實現(xiàn)、性能分析和算法設(shè)計做了深入的研究。在研究方法上，考慮到上述提到的幾種仿真方式的特點，進(jìn)行了多種方式的仿真研究。1．1．3調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)不同的生產(chǎn)機械，因生產(chǎn)工藝的不同，對電機調(diào)速控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求也有所不同，歸納起來有下列三個方面：(1)調(diào)速。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，有級或無級地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。(2)穩(wěn)速。以一定的精度在要求的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，不因各種可能的外來擾動(負(fù)載變化、電網(wǎng)電壓波動等)而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。(3)加、減速控制。對頻繁啟、制動的設(shè)備要求盡可能快地加、減速，縮短啟、制動時間，以提高生產(chǎn)效率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械，則要求啟、制動盡可能的平穩(wěn)。1．2 MATLAB仿真MATLAB主要由MATLAB主程序、MATLAB工具箱(Toolbox)和SIMULINK動態(tài)系統(tǒng)仿真三大部分組成。其中主程序包括MATLAB語言、工作環(huán)境、句柄圖形、數(shù)學(xué)函數(shù)庫和應(yīng)用程序接口五部份：工具箱實際就是用MATLAB的基本語句編寫的各種子程序集和函數(shù)庫，用于解決某一方面的特定問題，實現(xiàn)某一類的新算法：SIMULINK是一個用于動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的集成軟件包，允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，并能動態(tài)地控制該系統(tǒng)。目前的SIMULINK不僅可以進(jìn)行線性系統(tǒng)仿真，也可以進(jìn)行非線性系統(tǒng)仿真，既可以實現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)仿真，也可實現(xiàn)離散時間系統(tǒng)甚至混合連續(xù)一離散時間系統(tǒng)的仿真，它還支持多制采樣率的系統(tǒng)仿真；此外，SIMULINK能夠用MATLAB本身的語言、C語言或是FORTRAN語言，根據(jù)S函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)格式寫成用戶自定義的功能模塊。1．2．1運用MATLAB／SIMULINK建模的特點MATLAB憑借其強大的矩陣運算能力、簡便的繪圖功能、可視化的仿真環(huán)境以及豐富的算法工具箱，己成為國際控制界最為流行的計算機輔助設(shè)計及教學(xué)工具軟件。長期以