【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 值，即： ………………………………………………(224)若假定采樣周其為100，直流母線電壓為560V，則： ……………………………………(225)上式表明，磁鏈幅值的波動(dòng)是比較小的，當(dāng)縮小采樣周期時(shí)，磁鏈波動(dòng)還可以進(jìn)一步減小。磁鏈控制得越好，電流諧波就會(huì)越小，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)也會(huì)越小，從而就會(huì)得到更好的系統(tǒng)性能。另外由公式(223)可以得到以下結(jié)論：1. 當(dāng)所施加的電壓矢量與當(dāng)前磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角的絕對(duì)值小于90176。時(shí)，該電壓矢量作用的結(jié)果使得磁鏈幅值增加；2. 當(dāng)兩者之間的夾角的絕對(duì)值大于90176。時(shí)，該電壓矢量作用的結(jié)果使得磁鏈幅值減?。?. 當(dāng)兩者之間的夾角的絕對(duì)值等于90176。時(shí)（包括零矢量），該電壓矢量作用的結(jié)果使得磁鏈幅值基本保持不變。 轉(zhuǎn)矩控制性能分析在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩的控制是最重要的，下面對(duì)其性能進(jìn)行分析。對(duì)公式(211) 兩邊取微分，在同乘以得： …………………………………(226)再根據(jù)公式(25)~(29)，可以推導(dǎo)以下公式： ………………………………(227)公式(227)中，、及在一個(gè)采樣周期內(nèi)的變化相對(duì)于外加的激勵(lì)電壓的變化可以忽略不計(jì)。也就是說(shuō)影響瞬間轉(zhuǎn)矩變化的主要因素是。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，只需在一拍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有明確的突變，就可使轉(zhuǎn)矩迅速變化，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)矢量控制無(wú)法做到的。由公式(227)不難看出，當(dāng)和垂直時(shí)，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)是最快的。但是由于二者之間的關(guān)系比較復(fù)雜，而定子磁鏈和的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中是對(duì)進(jìn)行直接控制的。這就要求和的相角和幅值都不能相差過(guò)大，否則就會(huì)造成控制失敗，其關(guān)鍵就在于定子電流的控制。通常當(dāng)限制時(shí)，由于漏磁通降落很少，所以此時(shí)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈無(wú)論在相位還是幅值上均很接近，即。將代入公式(227)得： ………………………………(228)從這個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式可以知道，施加的電壓矢量與當(dāng)前定子磁鏈垂直時(shí)，能夠得到最大的轉(zhuǎn)矩變化量。但對(duì)于電壓型逆變器來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中可供選擇的電壓矢量只有8個(gè)，每一時(shí)刻都按垂直磁鏈方向90176。施加電壓矢量是不可能的，但可以選擇包含這個(gè)90176。方向矢量的兩個(gè)非零矢量之一，從綜合的效果來(lái)看，是沒(méi)有區(qū)別的。另外，單純從上式不難得出以下結(jié)論：1. 當(dāng)施加超前于定子磁鏈的矢量，使得時(shí)，轉(zhuǎn)矩將會(huì)增加；2. 當(dāng)施加落后于定子磁鏈的矢量，使得時(shí)，轉(zhuǎn)矩將會(huì)減小。事實(shí)上，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)基本的控制方法就是通過(guò)電壓空間矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度，從而改變定子、轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角，以達(dá)到控制電磁轉(zhuǎn)矩的目的。 傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制算法的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制算法中最關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)一張開(kāi)關(guān)表，該開(kāi)關(guān)表是根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差、定子磁鏈偏差以及定子磁鏈所在的位置來(lái)選擇適當(dāng)?shù)目臻g電壓矢量。 轉(zhuǎn)矩偏差的確定，轉(zhuǎn)矩給定是由轉(zhuǎn)速偏差經(jīng)過(guò)一個(gè)PI調(diào)節(jié)器來(lái)獲得的。定義轉(zhuǎn)矩偏差為當(dāng)時(shí)，取=1；當(dāng)時(shí)，取=1；當(dāng)時(shí)，取=0；其中，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度為。 磁鏈偏差的確定定義轉(zhuǎn)矩偏差為當(dāng)時(shí)，取=1；當(dāng)時(shí)，取=1；當(dāng)時(shí)，取=0；其中，磁鏈滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度為。本文中令=0，則上式變?yōu)椋寒?dāng)時(shí)，取=1；當(dāng)時(shí)，取=0。 開(kāi)關(guān)表的確定根據(jù)上述對(duì)定子磁鏈控制原理和轉(zhuǎn)矩控制原理的分析可知，直接轉(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵是根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的要求合理地選擇電壓空間矢量。也就是將轉(zhuǎn)矩和磁鏈兩個(gè)調(diào)節(jié)器結(jié)合起來(lái)，根據(jù)磁鏈所在扇區(qū)共同控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，既要保證異步電機(jī)的定子磁鏈在給定的范圍內(nèi)變化，又要保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快速地跟隨給定變化，使系統(tǒng)獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。但是在直接轉(zhuǎn)矩控制中，沒(méi)有一種電壓空間矢量能夠滿足實(shí)際轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確達(dá)到給定值的同時(shí)也能夠滿足實(shí)際磁鏈準(zhǔn)確跟隨給定磁鏈。、轉(zhuǎn)矩和電壓矢量的關(guān)系，在圖中所示的位置，該扇區(qū)是第1扇區(qū)，在電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用表述如下：(1)使磁鏈增加的電壓空間矢量為：；(2)使磁鏈減小的電壓空間矢量為：；(3)使轉(zhuǎn)矩增加的電壓空間矢量為：；(4)使轉(zhuǎn)矩減小的電壓空間矢量為：、?？梢缘玫饺缦陆Y(jié)論：當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)要求轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，可在、幾個(gè)電壓空間矢量中根據(jù)當(dāng)前磁鏈的情況選擇某個(gè)電壓矢量；當(dāng)轉(zhuǎn)矩給定值減小或負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，可以在、幾個(gè)電壓矢量中根據(jù)當(dāng)前磁鏈的情況選擇某個(gè)電壓矢量使電磁轉(zhuǎn)矩快速跟蹤其變化。 定子磁鏈、轉(zhuǎn)矩和空間電壓矢量的關(guān)系同時(shí)我們可以看到，在同一個(gè)扇區(qū)的不同位置同一個(gè)電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響程度是不太一樣的。為了分析其影響，在1扇區(qū)假設(shè)三點(diǎn)A、B、C，其中B點(diǎn)正好位于電壓空間矢量的軸線上，也就是扇區(qū)1上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)的分界線，當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，同一電壓矢量在不同位置對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用如下：(1)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中磁鏈增加變強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩增加作用變?nèi)?；從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中，磁鏈反方向，磁鏈增加由最強(qiáng)變?nèi)?，轉(zhuǎn)矩減小變強(qiáng)；(2)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中磁鏈增加變強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩增加變?nèi)酰?3)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中磁鏈減小變?nèi)?，轉(zhuǎn)矩增加的作用變強(qiáng)；(4)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中磁鏈減小變?nèi)酰D(zhuǎn)矩增加的作用變強(qiáng)；(5)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中使磁鏈反向，磁鏈減小變強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩減小的作用變?nèi)酰?6)對(duì)于電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中使磁鏈反向，磁鏈增加變?nèi)?，轉(zhuǎn)矩減小的作用變強(qiáng)；(7)對(duì)于、零電壓空間矢量，當(dāng)它從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中使磁鏈不變，轉(zhuǎn)距減小。根據(jù)上面對(duì)同一個(gè)扇區(qū)不同電壓矢量和在同一個(gè)扇區(qū)的不同位置同一個(gè)電壓空間矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩作用的分析，可知磁鏈響應(yīng)的準(zhǔn)確性較轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的準(zhǔn)確性更易保持，因此在選擇控制規(guī)則的時(shí)候，當(dāng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈兩者的要求產(chǎn)生矛盾時(shí)應(yīng)首先考慮轉(zhuǎn)矩，在確保轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)的同時(shí)兼顧定子磁鏈的圓形軌跡。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中電壓矢量選擇表同理，對(duì)于其它扇區(qū)的情況，也可以用同樣的方法來(lái)分析。這樣就可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈偏差以及定子磁鏈角來(lái)設(shè)計(jì)一張開(kāi)關(guān)表，,并通過(guò)此開(kāi)關(guān)表從8個(gè)基本空間電壓矢量中選擇一合適的電壓矢量去控制電機(jī)。3 基于模糊控制器的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制采用滯環(huán)的方式比較磁鏈和轉(zhuǎn)矩同給定值之間的偏差，并依據(jù)比較的結(jié)果，通過(guò)查表選擇逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而生成基本電壓空間矢量，雖然其轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但存在轉(zhuǎn)矩、磁鏈和電流脈動(dòng)大，逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定等缺點(diǎn)。為此，各國(guó)學(xué)者探索新的方法來(lái)改善傳統(tǒng)DTC存在的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問(wèn)題[14]。作為一種智能控制方法，模糊控制無(wú)需知道控制對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而按照人類的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)去構(gòu)造控制規(guī)則。從九十年代中后期開(kāi)始，各國(guó)學(xué)者已經(jīng)將模糊邏輯技術(shù)成功地運(yùn)用于直接轉(zhuǎn)矩控制中。其中簡(jiǎn)單和典型的算法是用模糊邏輯控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)DTC中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器，去選擇8個(gè)基本空間電壓矢量，這樣可以得到更優(yōu)化的開(kāi)關(guān)表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制，從而進(jìn)一步改善感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。下面在描述模糊邏輯控制器的原理的基礎(chǔ)上，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地分析。 模糊控制理論簡(jiǎn)介 模糊控制的基本原理自從美國(guó)的扎德()教授于1965年提出模糊集合的概念以來(lái)，模糊集合理論發(fā)展十分迅速，并在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用。1974年，英國(guó)教授曼達(dá)尼()首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)了第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性蒸氣機(jī)的控制，開(kāi)始了模糊控制在工業(yè)中應(yīng)用的先例。模糊控制是用語(yǔ)言歸納操作人員的控制策略，運(yùn)用語(yǔ)言變量和模糊集合理論形成控制算法的一種控制方式。模糊控制不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只要求把現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)成較完善的語(yǔ)言控制規(guī)則，因此它能繞過(guò)對(duì)象的不確定性、不精確性、噪音以及非線性等的影響。 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)模糊控制器主要由以下四部分組成[15][16]：這部分的作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)化成模糊化的量。常見(jiàn)的情況是計(jì)算e=y*y和de/dt，其中y*表示參考輸入，y表示系統(tǒng)輸出，e表示誤差。將上述己經(jīng)處理過(guò)的輸入量進(jìn)行尺度變換，使其變換到各自的論域范圍。將已經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進(jìn)行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集合來(lái)表示。 它通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)，尺度變換因子和模糊空間的分級(jí)數(shù)等。規(guī)則庫(kù)包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的一系列控制規(guī)則，它們反映了控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。該推理過(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)含關(guān)系以及推理原則來(lái)進(jìn)行的。清晰化的作用是將模糊推理得到的控制量（模糊量）變換為實(shí)際用于控制的清晰量。 模糊控制器設(shè)計(jì)的基本方法為實(shí)現(xiàn)模糊控制，語(yǔ)言變量的概念可作為描述手動(dòng)控制策略的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一種新型的控制器：模糊控制器。在模糊控制中，模糊控制器的作用在于通過(guò)計(jì)算機(jī)，根據(jù)由精確量轉(zhuǎn)化來(lái)的模糊輸入信息，按照總結(jié)手動(dòng)控制策略取得的語(yǔ)言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，給出模糊輸出判決，再將其轉(zhuǎn)化為精確量?？梢?jiàn)，模糊控制器體現(xiàn)了模糊集合理論、語(yǔ)言變量及模糊推理在不具有數(shù)學(xué)模型，而控制策略只有以語(yǔ)言形式定性描述的復(fù)雜被控過(guò)程中的有效應(yīng)用。： 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖要設(shè)計(jì)的模糊控制器必須解決以下三個(gè)問(wèn)題：1. 精確量的模糊化，把語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上的模糊子集；2. 模糊控制算法的設(shè)計(jì)，通過(guò)一組模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成模糊控制規(guī)則，并計(jì)算模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系；3. 輸出信息的模糊判決，并完成由模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化。基本模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟如下：1. 精確輸入量的模糊化通?？刂剖怯孟到y(tǒng)的實(shí)際輸出值與設(shè)定的期望值比較，得到一個(gè)偏差，控制器根據(jù)這個(gè)偏差來(lái)決定如何對(duì)系統(tǒng)加以調(diào)整控制，甚至要用到偏差的變化率來(lái)綜合判斷。要用模糊控制技術(shù)就必須把他們轉(zhuǎn)換為模糊集合的隸屬函數(shù)。每一個(gè)輸入值都對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊集合，為了便于工程實(shí)現(xiàn)，通常輸入量的隸屬函數(shù)可采用鐘形、梯形和三角形，理論上鐘形最為理想但計(jì)算復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算實(shí)踐中常采用三角形，然后是梯形。根據(jù)輸入量的變化范圍把其分為若干等級(jí)，每個(gè)等級(jí)作為一個(gè)模糊變量，并對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集合或者隸屬函數(shù)。一般可分為5或者7個(gè)等級(jí)，比如分為7個(gè)等級(jí)：“正大”（PB）、“正中”（PM）、“正小”（PS）、“零”（Z）、“負(fù)小”（NS）、“負(fù)中”（NM)和“負(fù)大”（NB）。2. 模糊控制算法設(shè)計(jì)：模糊規(guī)則的形成和推理模糊規(guī)則的形成是根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或?qū)＜业目刂浦R(shí)和經(jīng)驗(yàn)制定出若干模糊控制規(guī)則，為了能存入計(jì)算機(jī)，還必須對(duì)它進(jìn)行形式化數(shù)學(xué)處理。這些規(guī)則可以用自然語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，再模仿人的模糊邏輯推理過(guò)程，確定推理方法，這樣計(jì)算機(jī)就可以用模糊化的輸入量，根據(jù)制定的模糊控制規(guī)則和事先確定好的推理方法進(jìn)行模糊推理并得到模糊輸出量，即模糊輸出隸屬函數(shù)。根據(jù)模糊集合和模糊關(guān)系理論，模糊控制器最常用的規(guī)則形式是“If A and B Then C類型，可以寫(xiě)為如下形式：If A1 and B1 ，Then C1 ；If A2 and B2 ，Then C2 ； . . . . . . . . .If An and Bn，Then Cn ； 那么輸出控制量，即：由此，如果知道輸入A、B和輸出控制量U，就可以求得它們的模糊關(guān)系R；反之，若知道模糊關(guān)系R，就可根據(jù)輸入量A和B求得輸出控制量U。3. 精確輸出量的解模糊判決經(jīng)過(guò)模糊推理得到的控制輸出是一個(gè)模糊隸屬函數(shù)或者模糊子集，反映了控制語(yǔ)言的模糊性，這是一種不同的取值組合。然而在實(shí)際應(yīng)用中要控制一個(gè)物理對(duì)象，只能從模糊輸出隸屬函數(shù)中找出最能代表這個(gè)模糊集合即模糊控制作用可能分布的精確量，這就是解模糊判決。從數(shù)學(xué)上講，就是一個(gè)從輸出論域所定義的模糊控制作用空間的精確控制作用空間的映射。目前最常用的解模糊的方法為：1. 最大隸屬度法這個(gè)方法是在模糊集合中選取隸屬度最大的論域元素為判決結(jié)果，如果在多個(gè)論域元素上同時(shí)出現(xiàn)隸屬度最大值，則取它們的平均值作為判決結(jié)果。 2. 最大隸屬度平均法這種方法是要找出能代表所有隸屬函數(shù)達(dá)到的最大的局部控制作用的平均值。在輸出離散值集合的情況下，控制作用可以用下式表示：這里，是隸屬函數(shù)達(dá)到最大值的那些輸出值，n是輸出值的個(gè)數(shù)。3. 重心法這種方法針對(duì)論域中的每個(gè)元素，以它作為待判決輸出模糊集合的隸屬度的加權(quán)系數(shù)，再計(jì)算和對(duì)于隸屬度和的平均值，即 直接轉(zhuǎn)矩控制的模糊控制方法直接轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)選擇合適的空間電壓矢量來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，在第二章傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制算法中，在使用轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈滯環(huán)控制器來(lái)選擇合適的空間電壓矢量時(shí)，對(duì)于非常大的和相對(duì)小的磁鏈和轉(zhuǎn)矩偏差來(lái)講，選擇的空間電壓矢量是相同的。而通常對(duì)于大的轉(zhuǎn)矩偏差或磁鏈偏差(比如在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)或有一個(gè)階躍輸入時(shí))發(fā)生時(shí)所選擇的電壓矢量就應(yīng)當(dāng)和小的轉(zhuǎn)矩偏差或磁鏈偏差(比如在電機(jī)電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí))發(fā)生時(shí)所選擇的電壓矢量不同，這樣根據(jù)不同偏差等級(jí)選擇不同的電壓矢量可以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度[17]。模糊控制器使用模糊的方法把不同等級(jí)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈偏差分成不同的模糊子集，把定子磁鏈角均分成角度為30176。的12個(gè)區(qū)間，用模糊推理及模糊決策來(lái)選擇最優(yōu)電壓矢量?；谏厦娣治隹梢灾溃：苯愚D(zhuǎn)矩控制算法[18]原理和傳統(tǒng)DTC的原理相似，只是用一個(gè)模糊邏輯控制器代替了轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈滯環(huán)控制器。該算法的基本框圖如下圖所示： 模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 模糊子集的選取該模糊邏輯控制器有3個(gè)模糊輸入變量和1個(gè)輸出控制量[19]。第一個(gè)輸入變量為磁鏈偏差，對(duì)進(jìn)行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱兞?，它包含三個(gè)模糊子集，其隸屬函數(shù)如圖所示；第二個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)矩偏差，對(duì)進(jìn)行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱兞浚?