交流電機(jī)基于1/f轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：本文利用交流電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)與1/f信號的結(jié)合，讓1/f波動信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過改變控制系統(tǒng)中各個參數(shù)，使最終電機(jī)的轉(zhuǎn)速與1/f噪聲的波動最接近。

關(guān)鍵詞：1/f波動信號交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)

1、引言

在當(dāng)今高速發(fā)展的信息時代，激烈的競爭帶來的各方面壓力經(jīng)常使人處于一種高度疲勞狀態(tài)。宇宙中的“1/f波動”具有維系大環(huán)境平衡、和諧的重要作用。自然風(fēng)的頻譜符合 1/f波動規(guī)律，這樣就會激發(fā)人體內(nèi)的α腦波，刺激神經(jīng)系統(tǒng)，使人感覺輕松、舒適。在炎熱的夏天，使用電風(fēng)扇進(jìn)行驅(qū)暑，由于電風(fēng)扇吹出的為恒定風(fēng)速，容易使人感到不適。如果將電機(jī)的恒定轉(zhuǎn)速改變?yōu)榉?/f波動規(guī)律的轉(zhuǎn)速，電風(fēng)扇吹出的風(fēng)如自然風(fēng)般，令人感到輕松舒適。

2、1/f信號發(fā)生器的實現(xiàn)

本文通過MATLAB編程產(chǎn)生1/f噪聲信號，首先要產(chǎn)生高斯白噪聲，讓高斯白噪聲通過低通、帶通、高通濾波器中的任意一個就可以產(chǎn)生高斯色噪聲。讓高斯色噪聲通過每倍頻程衰減3dB的衰減濾波器的濾波器就可以產(chǎn)生粉紅噪聲。

MATLAB里面沒有專門產(chǎn)生高斯白噪聲的命令，不過你可以先用randn函數(shù)， 借用randn產(chǎn)生隨機(jī)白噪聲，然后用filter來濾一下。就能得到粉噪聲了。

讓高斯白噪聲通過低通、帶通、高通濾波器中的任意一個就可以產(chǎn)生高斯色噪聲，下面將編寫低通濾波器的程序[6]。

采用白噪聲通過低通濾波器的方法來產(chǎn)生高斯色噪聲，濾波器通帶截止頻率為30Hz，阻帶截止頻率為40Hz將白噪聲通過該濾波器，得到高斯色噪聲。色噪聲的功率譜不是均勻分布的，它的均值不為零，具有一定的波動所以方差也不為零。它的前后時刻是相關(guān)的，所以自相關(guān)函數(shù)不為零。

3、1/f噪聲轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計原理

異步電機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的性質(zhì)，要獲得高動態(tài)調(diào)速性能，必須從動態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電機(jī)的調(diào)速方案。本文以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為基準(zhǔn)，在三相坐標(biāo)系上的定子電流 通過坐標(biāo)變換可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流 。若將 軸與磁通 重合，則 軸繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵磁繞組，這樣一個三相交流的磁場系統(tǒng)和一個旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場系統(tǒng)，通過兩相交流系統(tǒng)作為過渡，可以互相進(jìn)行等效變換。

既然異步電機(jī)模型經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電機(jī)模型，那么，模仿直流電機(jī)的控制方法，得到直流電機(jī)的控制量，再通過坐標(biāo)反變換，就能控制異步電動機(jī)了。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流的空間矢量，所以通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制系統(tǒng)。

矢量控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，電機(jī)側(cè)三相電流 經(jīng)3/2變換后，再經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和磁鏈觀測器，得到電流的勵磁電流分量 、轉(zhuǎn)矩電流分量 和轉(zhuǎn)子磁鏈 ，將編碼器測得的轉(zhuǎn)速信號 以及轉(zhuǎn)子磁鏈 反饋到控制端與給定信號相比較，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器分別得到給定勵磁電流分量 和轉(zhuǎn)矩電流分量 ，再將反饋的電流信號與給定信號相比較，通過電流調(diào)節(jié)器以及相應(yīng)的電壓補(bǔ)償，從而得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓給定值 ，再經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)反變換得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓給定值 ，電壓信號經(jīng)過SVPWM調(diào)制后輸出六個PWM脈沖信號。從而可以達(dá)到像控制直流電機(jī)一樣控制異步電機(jī)的目的。將上述編程得到的1/f信號作為轉(zhuǎn)速給定即可實現(xiàn)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化符合1/f波動規(guī)律。

4、總結(jié)

本文闡述了1/f轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的研究意義，簡要分析了交流電機(jī)基于1/f轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，并給出了交流電機(jī)基于1/f轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的可行性設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許生龍.再論1/f噪聲的動力學(xué)統(tǒng)計理論， [博士學(xué)位論文].上海：上海大學(xué)，2006，11-39

[2] 張雨夫.1/f波動理論與1/f音樂 遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報 2005年第22卷第5期

[3] 徐小兵 沈勇 鄔寧.IIR 數(shù)字1/f噪聲濾波器的優(yōu)化設(shè)計。電聲技術(shù)，2005-12

[4] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)（第三版），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，175-211