基于智能控制理論的永磁同步電機FOC速度控制系統(tǒng)研究

包明杰 張浩然 王映月

（浙江師范大學數(shù)理與信息工程學院，浙江金華321000）

0 引言

近年來，隨著智能控制理論、永磁材料和電力電子技術的發(fā)展，基于智能控制理論的永磁同步電機（PMSM）矢量控制以其優(yōu)良的控制性能引起廣泛關注[1]。本文對智能控制理論中基于SVM及BP神經(jīng)網(wǎng)絡的永磁同步電機矢量控制（FOC）系統(tǒng)進行了理論研究與分析。

1 永磁同步電機矢量控制原理

永磁同步電機控制系統(tǒng)由于其多變量、非線性、強耦合等特點使得控制難度較大。為了實現(xiàn)該系統(tǒng)高效控制，首先要實現(xiàn)解耦。矢量控制是一種常用的解耦方法，實現(xiàn)原理如圖1所示[2-3]，只要保持is與d軸垂直，就能通過調節(jié)直流分量iq來控制轉矩，實現(xiàn)三相永磁同步電機控制參數(shù)的解耦。

圖1 矢量控制解耦原理

2 傳統(tǒng)永磁同步電機FOC調速控制方案

傳統(tǒng)永磁同步電機FOC調速控制系統(tǒng)原理如圖2所示[4-5]。

圖2 傳統(tǒng)永磁同步電機FOC速度控制結構示意圖

3 基于智能控制理論的控制方案

隨著智能控制理論的發(fā)展，滑模變結構控制、自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等技術[3]競相涌現(xiàn)。本文中基于智能控制理論的永磁同步電機調速控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 基于智能控制理論的永磁同步電機FOC控制結構示意圖

首先根據(jù)檢測到的電機轉速和額定轉速，通過神經(jīng)網(wǎng)絡控制模塊計算得到q軸電流參考輸入iqref，然后再根據(jù)FOC調速控制理論繼續(xù)完成電機矢量控制。

4 速度控制系統(tǒng)的仿真

4.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)仿真模型的建立

在Matlab7.2的Simulink環(huán)境下，利用SimPowerSystem Toolbox2.3豐富的模塊庫，建立PMSM控制系統(tǒng)仿真模型[4-5]。

控制系統(tǒng)主要包括PMSM數(shù)學模型、SVPWM模塊、坐標變換模塊、電流及轉速PID控制模塊等，如圖4所示。

4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的系統(tǒng)仿真模型的建立

把外環(huán)速度環(huán)用神經(jīng)網(wǎng)絡模塊來代替，本文中具體分別采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡和SVM神經(jīng)網(wǎng)絡作為智能控制模塊，調整q軸電流參考輸入iqref，實現(xiàn)永磁同步電機的高精度矢量控制，如圖5所示。

5 結論

分別以額定轉速120 r/s、40 r/s、250 r/s代表電機的中速、低速、高速狀態(tài)時，傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)和兩種基于不同神經(jīng)網(wǎng)絡的矢量控制的仿真效果分別如表1所示。

圖4 PMSM的FOC數(shù)字仿真模型圖

圖5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的PMSM矢量控制仿真模型圖

表1 三種控制方式的仿真效果

從表1可以得到以下結論：基于神經(jīng)網(wǎng)絡的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的電機額定轉速控制效果要好于傳統(tǒng)矢量控制的效果。智能控制方法在實現(xiàn)永磁同步電機轉速的高精度控制方面有優(yōu)勢。

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