異步電機矢量控制調速系統設計

摘 要：矢量控制技術是一種高性能的交流電動機控制策略，解決了交流電機解耦與轉矩控制的問題，使電動機達到直流電機的控制效果。文章根據異步電機矢量控制的基本原理，在傳統PI控制模型的基礎上加入模糊自適應現代控制思想。實驗結果較傳統控制有更好的響應速度與動態性能，驗證了所建電機矢量控制系統模型的可行性與實用性。

關鍵詞：異步電機；矢量控制；模糊PI調節

1 變頻調速發展現況

變頻技術在現代社會中對于節約電力的使用、保護生態環境、改善工業生產的過程、增強生產的效率和拓寬產品的使用環境以及突破技術瓶頸，產生技術的飛躍式發展有著至關重要的作用。20世紀70年代以后，大規模集成電路有了快速的發展，使用計算機作為上位機來控制系統的運行也登上了技術發展的舞臺，加之現代控制理論技術的廣泛應用，使得交流電力拖動系統的運行條件有了很大的拓寬。

使用矢量控制的方式，可以加快變頻器的動態響應速度，做到頻率和電壓的隨動性。同時，矢量控制系統響應快，調速范圍廣，對轉矩進行精確控制。在對轉矩控制要求高的場合，以其優越的控制性能受到用戶的贊賞[1]，因此文章將采用矢量控制調速。

2 模糊自適應PI調節器

交流調速系統的根本還是歸結于電機的速度控制，目前的控制方式中，大量采用的仍然是傳統的PI控制。為了解決PI控制調節器過分依賴于被控對象參數的缺點，在電機的速度控制中引入模糊控制理論。模糊控制具有不依賴于被控對象精確數學模型，便于利用專家經驗，適應性、魯棒性強等特點，能夠很好的克服交流調速系統中模型和環境參數的變化[2]。

2.1 模糊自適應PI調節器的工作原理

模糊自適應PI控制器系統由PI控制器和模糊推理系統兩部分構成，PI控制器實現對系統的控制，模糊推理系統以誤差e和誤差變化ec作為輸入，根據PI控制器的兩個參數ΔKp、ΔKi與偏差e和偏差的變化ec之間的模糊關系，在運行時不斷檢測偏差e及偏差變化ec，通過事先確定的關系，利用模糊推理的方法，在線修改PI控制器的兩個參數，實現自適應控制。

2.2 模糊自適應PI調節器的控制方法

模糊自適應PI調節器通過不斷的檢測偏差e和偏差變化ec，對Kp和Ki進行調整，從而使被控對象具有良好的動、靜態性能。為了進一步提高系統的調速性能，在常規PI調節器的基礎上應用模糊控制原理構建了模糊自適應PI調節器。在這里選擇PI控制器參數的增量ΔKp、ΔKi作為模糊控制器的輸出。

3 異步電動機矢量控制系統建模與仿真

為了盡可能的使仿真模型簡化，文章采用了電流和轉速負反饋的控制方式。同時為了使仿真時間盡可能的短且達到一定精度，選用了離散控制系統。

3.1 矢量控制器

3.2 轉速改變的仿真結果

分別采用常規PI速度調節器和模糊自適應PI速度調節器對異步電機矢量控制系統進行仿真比較，下面給出了相應速度仿真曲線，如圖2。

仿真結果表明，模糊自適應PI速度控制器增強了系統速度調節的自適應能力，無論是在較高還是較低轉速，系統都具有超調量小，響應速度快等優點。

3.3 轉速和負載均改變的仿真結果

現實情況下電機往往有負載轉矩，而且負載轉矩會發生突然變化。因此我們就需要考慮轉速和負載都改變情況下的系統響應。這樣依然使用上一小節的方法，把原來系統中的負載輸入也換成step模塊。速度初始值為120，在1.5秒時增加為160rad/s。轉矩初始為0，在2.2秒增加為200N*m。仿真結果如圖3所示。

4 結束語

文章將模糊自適應PI速度調節器引入異步電機矢量控制系統，改善傳統PI控制系統的響應速度和穩態精度。仿真結果表明，模糊自適應PI速度調節器超調量小，響應速度快，大大的改善了系統的動靜態性能，增強了系統速度調節的自適應能力，具有較高的實用價值。

參考文獻

[1]吳茂剛.矢量控制永磁同步電動機交流伺服系統的研究[D].浙江大學，2006.

[2]李士勇.模糊控制、神經控制和智能控制論[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1998.

[3]薛定宇.控制系統計算機輔助設計-MATLAB語言[M].北京：清華大學出版社，1998.

[4]吳安順.最新實用交流調速系統[M].北京：機械工業出版社，1999.

[5]胡崇岳.現代交流調速技術[M].北京：機械工業出版社，2000.