【正文】 不使用傳統(tǒng)的隸屬度函數(shù)法及精確化計(jì)算步驟。雖然這些規(guī)則的自組織方法都展示了一定的自適應(yīng)能力，但從總體上來看依然存在較大的主觀性。 在現(xiàn)實(shí)世界中，隨著工業(yè)過程H益走向大型化、連續(xù)化、復(fù)雜化，很多系統(tǒng)極其復(fù)雜，具有高度的非線性、強(qiáng)耦合性、不確定性、信息不完全性和大時(shí)滯等特性，并存在苛刻的約束條件，使常規(guī)控制無法得到滿意的控制效果。先進(jìn)控制的目標(biāo)就是為了解決那些采用常規(guī)控制效果不佳甚至無法對付的復(fù)雜工業(yè)過程控制問題。 作為智能控制的一個(gè)新的重要的分支，近年來智能控制的研究人員對自適應(yīng)模糊控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。所以研究自適應(yīng)模糊控制技術(shù)在永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在分別研究永磁同步電動(dòng)機(jī)模糊自整定PID控制的基礎(chǔ)上，最終設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)的自適應(yīng)模糊控制方法。論文的主要研究內(nèi)容如下:（1）在研究永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型和矢量控制原理的基礎(chǔ)上，制定=0的矢量控制方案，選用優(yōu)秀仿真軟件MATLAB中的SIMULNIK工具箱搭建系統(tǒng)仿真模型，這就使得工作的重心放在系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)上而不是編程上。其中，最主要的是設(shè)計(jì)模糊自整定PDI控制器，模糊自整定PDI控制器的主要設(shè)計(jì)步驟為: 將設(shè)計(jì)好的模糊PID控制器作為前面搭建好的系統(tǒng)仿真模型中的速度調(diào)節(jié)器，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證模糊自整定PID控制在永磁同步電機(jī)矢量控制中的可行性，為研究自適應(yīng)模糊控制做基礎(chǔ)。研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)模糊控制器，該控制器利用模糊控制規(guī)則，相當(dāng)于一個(gè)模糊關(guān)系存貯器。2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制隨著永磁材料性能的不斷提高，永磁同步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。本章首先簡要敘述了永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和主要分類，然后對其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，給出了永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程等，從而為對其進(jìn)行矢量控制奠定了理論基礎(chǔ)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子與繞線式同步電動(dòng)機(jī)基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的，所以稱為三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)定子由定子鐵心(由沖有槽孔的硅鋼片壓疊而成)、定子繞組(在鐵心槽中嵌放三相電樞繞組)。 根據(jù)轉(zhuǎn)子極對數(shù)的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)分為單極和多極。前兩種形式又統(tǒng)稱為外裝式結(jié)構(gòu)，其可使轉(zhuǎn)子做得直徑小，慣量低，特別使是若將永磁體直接粘接在轉(zhuǎn)軸上，還可以獲得低電感，有利于改善動(dòng)態(tài)性能。 另一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是將永磁體埋裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，每個(gè)永磁體都被鐵心所包容，通常稱之為內(nèi)埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)。 表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種隱極式同步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橛来挪牧系拇艑?dǎo)率十分接近空氣，所以交、直軸電感基本相同。若能靈活利用此磁阻轉(zhuǎn)矩可獲得高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。(1)三相靜止坐標(biāo)系 三相永磁同步電機(jī)的定子里有三相繞組，其繞組軸線分別為A、B、C，且彼此互差120186。當(dāng)通以三相平衡的正弦電流,時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場。(2)兩相靜止坐標(biāo)系 為了簡化分析，定義一個(gè)兩相坐標(biāo)系α,β。因此可以由兩相坐標(biāo)系代替三相定子坐標(biāo)系進(jìn)行分析，從而簡化了運(yùn)算過程。 對于PMSM來說，用固定于轉(zhuǎn)子的參考坐標(biāo)來描述和分析它們的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能是十分方便的。電角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)，d、q坐標(biāo)系也在空間旋轉(zhuǎn)，故相對于轉(zhuǎn)子來說，此坐標(biāo)系是靜止的，稱為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。為了建立簡化的dq軸數(shù)學(xué)模型，通常做如下假設(shè)：(1) 忽略電動(dòng)機(jī)鐵心的飽和；(2) 轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；(3) 不計(jì)渦流和磁滯損耗；(4) 定子三相繞組是對稱、均勻的，相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢波形為正弦。電角度為q軸，轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度即為轉(zhuǎn)子速度。轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)的空間坐標(biāo)以d軸與固定軸線(A相繞組軸線)間的電角度θr來確定。 當(dāng)永磁體的磁鏈和交、直軸的電感確定后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流的空間矢量，而的大小和相位又取決于和，也就是說控制和便可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。由于實(shí)際進(jìn)入電動(dòng)機(jī)電樞繞組的電流是三相交流電流、和，因此三相電流、和指令必須經(jīng)過變換由得到。上述矢量控制對于電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和瞬態(tài)運(yùn)行都適用，而且和是各自獨(dú)立的，因此便于實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的控制策略。 在=0的控制方式下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩中只有永磁轉(zhuǎn)矩分量，其磁鏈和轉(zhuǎn)矩都可以簡化為： （21） （22） （23） 本文矢量控制采用矢量控制方法。 在的矢量控制方式下，狀態(tài)方程可寫為： （24）上式即為永磁同步電動(dòng)機(jī)的解耦方程。id=0矢量控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)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)。電流環(huán)是整個(gè)永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的根本，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性直接關(guān)系到矢量控制的策略的實(shí)現(xiàn)，也直接影響整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。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(jì)的需要對PI參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。要想獨(dú)立控制、獲得永磁同步電動(dòng)機(jī)的高性能控制，必須對和進(jìn)行解耦控制。 解耦之后電流控制的系統(tǒng)框圖，此時(shí)和互不影響，且有相同的結(jié)構(gòu)。 首先，求出從電流指令值到q軸電流之間的傳遞函數(shù)： == （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(gè)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(jì)成一階慣性環(huán)節(jié)，其中時(shí)間常數(shù)為，故電流PI控制器的增益、為： （26） （27） 系統(tǒng)帶寬ω與上升時(shí)間之間滿足，只要根據(jù)要求給出系統(tǒng)上升時(shí)間即可給出系統(tǒng)帶寬，然后根據(jù)，得出，即可得出電流環(huán)的PI參數(shù)。 可以得出速度環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （28） 已知典型的Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （29） 定義變量h為頻寬，根據(jù)典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)公式： （210） （211） 轉(zhuǎn)速環(huán)按典型的Ⅱ型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，獲得控制增益、為： （212） 把典型Ⅱ型系統(tǒng)的跟隨性能和抗干擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來看，h=5時(shí)是一個(gè)最好的選擇。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，PID參數(shù)需要重新整定。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(fù)雜的系統(tǒng)，難以得到完善的控制規(guī)則，難以滿足對靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求高的系統(tǒng)。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(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多領(lǐng)域。 自從1965年美國控制理論學(xué)者查德()提出了模糊（Fuzzy Sets）概念以來，開創(chuàng)了模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用的新紀(jì)元。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(jī)器可理解和接受的指令，而且在對機(jī)器實(shí)施控制與操作中，通過模糊邏輯和推理方式，使機(jī)器和設(shè)備的運(yùn)行更靈活和擬人。一般的模糊算法包括以下五個(gè)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(yùn)算；(d)模糊推理合成，求出控制輸出模糊子集；(e)進(jìn)行反模糊運(yùn)算、模糊判決，得到精確控制量；（1）模糊集合和集合的基本運(yùn)算 模糊集合：設(shè)U為若干事件的總和，例如U = ，稱U為論域，一個(gè)定義在U上的模糊集合F由隸屬函數(shù): 來表征。 交集、并集、補(bǔ)集：設(shè)A和B是U上的兩個(gè)模糊集合。正確確定隸屬函數(shù)是運(yùn)用模糊理論解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。（3）模糊關(guān)系與模糊矩陣 模糊關(guān)系：設(shè)U和V是兩個(gè)論域。模糊矩陣的合成：設(shè)模糊集合,和，定義模糊矩陣合成為: (36)其中元的關(guān)系為: (37)Q的m行第l列元素，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。 若給定和 則 (311)式中, 為維行向量。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。 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： (314) 其中，和分別是∈R和V ∈R上的模糊集合，∈U和y ∈V分別是模糊系統(tǒng)的輸入和輸出的語言變量。當(dāng)給定U上的一個(gè)模糊集合,如果用乘積推理機(jī)，則V上的模糊集合為: (315) 如果用最小推理機(jī)，則V上的模糊集合為: (316) 乘積推理機(jī)和最小值推理機(jī)的缺陷在于：如果(x∈R)非常小，則得到的也非常小，可以用Lukasiewicz推理機(jī)，Zadeh推理機(jī)或Dienes－Rescher推理機(jī)解決這個(gè)問題。 重心解模糊器所確定的是的隸屬度函數(shù)的中心，重心解模糊器的優(yōu)點(diǎn)是可以直觀的代表但缺點(diǎn)是計(jì)算量太大。 將模糊邏輯系統(tǒng)作為控制器應(yīng)用于常規(guī)反饋控制系統(tǒng)，就是一個(gè)基本模糊控制系統(tǒng)。 在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。(1)精確量的模糊化 模糊控制器進(jìn)行工作的是語言變量，它以自然語義的形式出現(xiàn)，而系統(tǒng)給出的是精確量，因此在送入模糊控制器處理之前，必須進(jìn)行模糊化處理。為了實(shí)際應(yīng)用的方便，隸屬度函數(shù)常采用三角形、梯形、或者高斯形。定義量化因子為： (318) 同理，對誤差變化率，類似有,定義量化因子為： (319) 模糊化:論域變換后仍是非模糊的普通變量，對它們分別定義若干個(gè)模糊集合，如:“負(fù)大”(NB)“負(fù)中”(NM),“負(fù)小”(NS),“零”(Z),“正小”(PS)，“正中”(PM),“正大”(PB),并在其內(nèi)部論域上規(guī)定各個(gè)模糊集合的隸屬函數(shù)。常用的模糊控制器和語句表達(dá)式有條件語句例如：If and then 這里，模糊集屬論域X，來自誤差e的模糊化，屬論域Y，來自誤差變化率的模糊化，模糊集屬論域Z，反映控制量變化。 設(shè)控制的真實(shí)論域?yàn)?，模糊集合論域?yàn)?n為在間控制量化分成的檔數(shù)，定義比例因子為： (322) 有了比例因子，知道了量化等級n，就可以確定控制精確量u，即常用的判別方法有最大隸屬度法、中心平均法等方法。若在模糊子集中同時(shí)有幾個(gè)隸屬度最大元素，則取它們得平均值作為判決。 中心平均法： (323) 其中為內(nèi)部論域上的元，即。 當(dāng)解模糊器輸出控制量u后，其余的工作跟常規(guī)反饋控制系統(tǒng)相同。在這個(gè)基本的模糊控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要組建更先進(jìn)的模糊控制系統(tǒng)。自適應(yīng)模糊控制是指具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法的模糊邏輯系統(tǒng)，如果控制器是在自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)造的，我們就把這種控制器稱為自適應(yīng)模糊控制器。自適應(yīng)模糊系統(tǒng)被認(rèn)為是通過學(xué)習(xí)能自動(dòng)產(chǎn)生其模糊規(guī)則的模糊邏輯系統(tǒng)。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多被控對象隨著負(fù)荷變化或受干擾因素影響，其對象特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量采用的仍然是PI算法，PI參數(shù)的整定方法很多，但大多數(shù)都以對象特性為基礎(chǔ)。這種控制必須精確的確定對象模型，首先將操作人員長期實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)知識用控制規(guī)則模型化，然后運(yùn)用推理對PI參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)整。這就是自適應(yīng)模糊PI控制。 自適應(yīng)模糊PI控制器由常規(guī)PI控制部分和模糊推理兩部分組成。 其設(shè)計(jì)思想是先找出PI控制系統(tǒng)與參考值之間的偏差e和偏差變化率之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測偏差e和偏差變化率，再根據(jù)模糊控制推理來對兩參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足在不同偏差e和偏差變化率時(shí)對控制參數(shù)的不同要求。（a）比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。取值過小，會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)