【文章內(nèi)容簡介】 式的永磁同步電動機來說，此時單位定子電流nfp?可獲得最大轉(zhuǎn)矩，這也是永磁同步電動機多采用 0di ? 控制的原因。 在 0di ? 的矢量控制方式下，狀態(tài)方程可寫為： 13 02nf qsqqrr nfP uRiiLn LTPJJ??? ????? ???? ???? ???????? ?????????? ????? ?????? （ 24） 上式即為永磁 同步電動機的解耦方程。在初始條件下，對方程進行拉氏變換，以電壓 qu為輸入轉(zhuǎn)子速度 r? 為輸出的框圖 矢量控制的雙閉環(huán) PI 調(diào)速系統(tǒng)與參數(shù)設(shè)計 控制的根本目的是消除控制目標和對象實際行為之間的誤差。 id=0 矢量控制的永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)一般由電流環(huán)和速度環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。各環(huán)節(jié)的最優(yōu)化是整個系統(tǒng)高性能的基礎(chǔ) ，速度環(huán)的性能的發(fā)揮依賴于電流環(huán)的優(yōu)化。電流環(huán)是整個永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的根本，其動態(tài)響應(yīng)特性直接關(guān)系到矢量控制的策略的實現(xiàn)，也nfp? 1sR Ls? CK 1Js qi eT ?lTr?陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 8 直接影響整個系統(tǒng)的動態(tài)性能。系統(tǒng)中必須有快速的電流環(huán)以保證定、轉(zhuǎn)子電流對矢量控制指令的準確的跟蹤，這樣才能在電機模型中將定、轉(zhuǎn)子電壓方程略去，或僅用小慣性環(huán)節(jié)替代，達到矢量控制的目的。本文速度環(huán)、電流環(huán)均采用 PI 控制器， PI 參數(shù)的選擇直接影響控制系統(tǒng)的性能，根據(jù)工程設(shè)計的需要對 PI 參數(shù)的設(shè)計進行討論。 由永磁同步電動機的數(shù)學模型可知， di 和 qi 電流相互耦合，是典型的非線性系統(tǒng)，di 、 qi 相互耦合影響，得不到獨立調(diào)節(jié)，輸出轉(zhuǎn)矩 T 與 qi 呈非線性關(guān)系。要想獨立控制di 、 qi ，獲得永磁同步電動機的高性能控制，必須對 di 和 qi 進行解耦控制。本文中采用電壓前饋解耦，其解耦過程中不用反饋的電流值，而用電流的給定值。 解耦之后電流控制的系統(tǒng)框圖，此時 di 和 qi 互不影響，且有相同的結(jié)構(gòu)。僅以 q 軸的電流控制系統(tǒng)的增益設(shè)計方法加以說明。 首先，求出從電流指令值 qi? 到 q 軸電流 qi 之間的傳遞函數(shù) 1()Gs： 1()Gs= ()()qqIsIs?=2cp CIqqcp s CIqqK KsLKKR KssLL???? （ 25） 對于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)而言，電流環(huán)是速度調(diào)節(jié)中的一個環(huán)節(jié)，由于速度環(huán)截止頻率較低，可以將電流環(huán)傳遞函數(shù)式設(shè)計成一階慣性環(huán)節(jié) 10( ) 1 ( 1)G s T s??，其 中時間常數(shù)為 0T ，故電流 PI 控制器的增益 CPK 、 CIK 為 ： qCP oLK T? （ 26） 0SCI RK T? （ 27） 系統(tǒng)帶寬 ω 與上升時間 rt 之間滿足 ln 9 ? ??，只要根據(jù)要求給出系統(tǒng) 上升時間即可給出系統(tǒng)帶寬，然后根據(jù) 0 1T ?? ，得出 0T ，即可得出電流環(huán)的 PI 參數(shù)。 永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)等效成一個一階慣性環(huán)節(jié)，速度環(huán)為 PI 控制器其傳遞函數(shù)為 ()AS R P IG s K K s??。 可以得出速度環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： Ip KK s?r???r?? qi?011Ts? qi cK eT ?? lT1Js r?PI速 度 控 制 器 電 流 環(huán) PMSM電 動 機永磁同步電機自適應(yīng)模糊控制方法的研究 9 20( 1 )() ( 1 )PICIA S RKK K sKGsJ T ss?? ? （ 28） 已知典型的 Ⅱ 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 2 0( 1)() ( 1)KsWs s T s? ?? ? （ 29） 定義變量 h為頻寬，根據(jù)典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)公式： hT? ? （ 210） 2212hK hT?? （ 211） 轉(zhuǎn)速環(huán)按典型的 Ⅱ 型系統(tǒng)來設(shè)計，獲得控制增益 PK 、 IK 為： 20012 ( )I CpIhJKK hTK hT K?? ??????? （ 212） 把典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的跟隨性能和抗干擾的各項性能指標綜合起來看， h=5 時是一個最好的選擇。 PID 控制器在其參數(shù)與控制系統(tǒng)匹配的情況下可以取得良好的控制效果。當系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時， PID 參數(shù)需要重新整定。 模糊控制系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)點可與經(jīng)典的控制方法結(jié)合，如模糊 PID 控制系統(tǒng)等，其魯棒性強，很適合不易建模、強非線性和滯后的過程和對象。但它也存在一些不足：穩(wěn)態(tài)品質(zhì)較差，可能有穩(wěn)態(tài)誤差或自激振蕩，對于較復雜的系統(tǒng)，難以得到完善的控制規(guī)則，難 以滿足對靜、動態(tài)品質(zhì)的要求高的系統(tǒng)。為了揚長避短，人們將模糊邏輯與現(xiàn)代控制結(jié)合，組建了許多控制系統(tǒng)，模糊自適應(yīng)控制就是其中之一 [7] 。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 3 自適應(yīng)模糊控制理論 模糊控制是一種典型的智能控制方法，被廣泛地應(yīng)用與自然科學和社會科學的許多領(lǐng)域。其最大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)，從而他可以不依賴于對被控對象的精確數(shù)學模型，能夠克服非線性因素的影響，對被控對象的參數(shù)變化具有較強的魯棒性。 模糊控制 模糊控制基本思想 自從 1965 年美國控制理論學者查德 ()提出了模糊（ Fuzzy Sets）概念以來，開創(chuàng)了模糊數(shù)學及其應(yīng)用的新紀元。 1974 年英國教授馬丹尼 (Mamdani)成功的將模糊邏輯應(yīng)用到蒸汽發(fā)電機的壓力和速度控制中，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，模糊理論逐步走向成熟，模糊邏輯系統(tǒng)在實踐中得到越來越廣泛應(yīng)用。模糊邏輯理論和技術(shù)不僅給出了一套表現(xiàn)自然語義的方法，將自然語言轉(zhuǎn)化為機器可理解和接受的指令，而且在對機器實施控制與操作中，通過模糊邏輯和推理方式，使機器 和設(shè)備的運行更靈活和擬人。 模糊控制 (Fuzzy Control)的基本思想是把人類專家對特定的被控對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列以 ―if(條件 )then(作用 )‖表達式形式表示的控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用集，作用于被控對象或過程控制，作用集為一組條件語句，狀態(tài)條件和控制作用均為一組被量化了的模糊語言集，如 ―正大 ‖、 ―負大 ‖、 ―高 ‖、 ―低 ‖、 ―正常 ‖等。一般的模糊算法包括以下五個步驟 : (a)定義模糊子集，建立模糊控制規(guī)則； (b)由基本論域轉(zhuǎn)化為模糊集合論域； (c)模糊關(guān)系矩陣運算； (d)模糊推理合成，求出控制輸出模糊子集； (e)進行反模糊運算、模糊判決，得到精確控制量； 模糊理論基本概念 （ 1） 模糊集合和集合的基本運算 模糊集合：設(shè) U 為若干事件的總和，例如 U = nR ，稱 U 為論域，一個定義在 U上的模糊集合 F 由隸屬函數(shù) F? : ? ?0,1U? 來表征。這里的 ()Fu? 表示 uU? 在模糊集合F 上的隸屬程度。 交集、并集、補集：設(shè) A 和 B 是 U 上的兩個模糊集合。對所有的 u∈ U， A 和 B的交集是定義在 U 上的一個模糊集合，其隸屬函數(shù)定義如下： 永磁同步電機自適應(yīng)模糊控制方法的研究 11 ? ?m in ( ), ( )A B A Buu? ? ?? ? （ 31） 對所有的 u∈ U， A 和 B 的并集是定義在 U 上的一個模糊集合，其隸屬函數(shù)定義如下： ? ?m a x ( ), ( )A B A Buu? ? ?? ? （ 32） 對所有的 u∈ U， A 和 B 的補集是定義在 U上的一個模糊集合，其隸屬函數(shù)定義如下： 1 ( )AAu???? （ 33） 代數(shù)和：稱 A+B 為模糊集 A 與 B 的代數(shù)和，其隸屬函數(shù)為： ( ) ( )A B A Buu? ? ?? ?? （ 34） 代數(shù)積：稱 AB? 為模糊集 A 與 B 的代數(shù)積，其隸屬函數(shù)為： ( ) ( )AB A Buu? ? ?? （ 35) （ 2）隸屬函數(shù) 隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學中的重要概念，它決定著模糊集的模糊性。正確確定隸屬函數(shù)是運用模糊理論解決實際問題的基礎(chǔ)。常用的模糊函數(shù)有三角形，梯形， 正態(tài)形。 （ 3）模糊關(guān)系與模糊矩陣 模糊關(guān)系：設(shè) U 和 V 是兩個論域。模糊關(guān)系 R 是直積空間 U V 上的一個模糊集合，即當 U ∈ R ,V ∈ R 時， R 的隸屬函數(shù)為 ( , )R uv? ，其大小反映了它與 R 關(guān)系的程度，即 R? : ? ?0,1AB?? 。 模糊矩陣的合成：設(shè)模糊集合 ()mn i jRr?? , ()nl j kss?? 和 ()ml i kQ ql ?? ，定義模糊矩陣合成為 : Q R S? (36) 其中元的關(guān)系為 : 1()jml mn nlnq r s?? ? ? (1 ,1 1 )m i k? ? ? ? (37) Q 的 m行第 l 列元素 mlq ，與 R 的第 m行元素和 S 的第 l列元素兩兩先取小者，然后在所得的結(jié)果中取較大者。 模糊推理兩類常用的模糊條件的推理為： (1)設(shè) A 是論域 X 上的模糊子集， B 和 C 是論域 Y 上的模糊子集，則“ ifA then B else C ”在論域上的模糊關(guān)系為 ( ) ( )R A B A C? ? ? ? (38) 若已知模糊集合 1A ，則模糊集合 1B 為： 11B A R? (39) （ 2） 設(shè) A ,B 和 C 分別是論域 X、 Y 和 Z 上的模糊子集合，條件語句 ―if A andB then C ‖確定的三元關(guān)系為： ~ ~ ~ ~()rR A B C? ? ? (310) 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 12 式中， ()AB? 為 ()nmAB?? 構(gòu)成的 nm? 維列向量。 若給定 1A 和 1B 則 1 1 1()rC A B R?? (311) 式中 , 11()rAB? 為 11()nmAB?? 維行向量。 基本模糊控制 器 基本模糊系統(tǒng)是由模糊器、模糊規(guī)則庫、模糊推理機、模糊解除器組成，如圖 31所示： 模 糊 規(guī) 則 庫模 糊 器模 糊 推 理 機 模 糊 解 除 器 圖 31 模糊邏輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模糊器是由一實值點 x? ∈ U∈ nR 向 U 上的模糊集 A 的映射。常見的模糊器由單值模糊器、高斯模糊器和三角形模糊器等。 單值模糊器將一實值點 x? ∈ U 映射成為 U 上的模糊單值 39。A ， 39。A 在 x? 點的隸屬度值為 1在 U 中的其它點的值為 0，即當 x =x*時 ( ) 1A x? ? ，其它情況下 ( ) 0A x? ? ； 高斯模糊器同樣也將 x? ∈ U 映射成為 U 上的模糊單值 39。A ，其隸屬度函數(shù)為： 22111() nnnxxxx aaA x e e? ?? ???? ?? ?? ????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? (312) 三角型模糊器，當 ( ) ( 1, 2 , , )i i ix x b i n?? ? ?時 ( ) 0A x? ? : 當 ( ) ( 1, 2 , , )i i ix x b i n?? ? ?時 111( ) 1 1 nnAnx x x xxbb???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (313) （ 2）模糊規(guī)則庫 在常規(guī)控制方法中，人們用傳遞函數(shù)或者數(shù)學方程的方法精確的描述控制器的輸入輸出特性，而在模糊控制系統(tǒng)中人們使用具有形式“ ifthen”模糊規(guī)則來描述控制器的x y永磁同步電機自適應(yīng)模糊控制方法的研究 13 控制規(guī)則。 模糊規(guī)則庫是由許多具有如下形式的“ ifandthen”規(guī)則的總和組成的： 11:,l l L lu n nR ifx A a n d a n d x A th e n y B? ? ? (314) 其中， liA 和 lB 分別是 iU ∈ R 和 V ∈ R 上的模糊集合， 12( , , , )Tnx x x x? ∈ U 和 y ∈ V分別是模糊系統(tǒng)的輸入和輸出的語言變量。 （ 3)模糊推理機 常用的模糊推理機有乘積推理機和最小推理機。當給定 U 上的一個模糊集合 A? ,如果用乘積推理機，則 V 上的模糊集合 B? 為 : 1 1( ) m a x s u p( ( ) ) ( ) ( )linMB A i BAI xU iy x x y? ? ? ?? ? ???? ????? (315) 如果用最小推理機，則 V 上的模糊集合 B? 為 : 1( ) m a x su p m in ( ( ) , ( ) ( ) , ( ) )lliiMB A i BAAl