开关磁阻电动机的受生物启发滑模控制研究
高国琴, 孙玉坤
(江苏大学,江苏镇江 212013)
摘要 本文首次将受生物启发的分流模型引入开关磁阻电动机的变结构滑模控制,提出一种开关磁阻电动机的受生物启发滑模控制,以有效抑制其转速波动,提高其控制性能。仿真结果表明:开关磁阻电动机采用受生物启发滑模控制,其转速对给定转速的跟踪性能及负载突变时的性能比一般滑模控制更平稳、更准确;当系统参数变化时,受生物启发滑模控制器保持了一般滑模控制器的鲁棒性。
关键词 开关磁阻电动机 分流模型 滑模变结构控制
1 引言
开关磁阻电动机(SRM)以其结构简单、坚固、工作可靠、成本较低、转矩惯量比大、转矩功率比高、能在宽广的转速范围内四象限运行等优点,近年来在交流调速领域异军突起,成为继交流电机矢量控制后直流电机的又一强有力的竞争对手。
然而,SRM不能象其它普通电机一样,直接接入电网作稳定运行,必须与控制器一同使用。另外,由于适当的饱和有利于提高SRM的出力,因此SRM非线性严重且不可忽略,转速波动和噪音大。由此可见,设计具有所期望稳定性、快速性、准确性和鲁棒性的SRM控制器,既十分必要,又具有一定的难度。
控制SRM转速的传统方法是采用PI控制,尽管传统控制方法在某些情形可工作得很好,但却不能保证在各种条件下都具有令人满意的性能,它们敏感于对象参数的变化和工作条件的改变。这就迫使人们不得不采用复杂的非线性控制手段。早期,人们曾采用非线性反馈线性化控制,其性能虽可优于传统控制方案,但其对计算要求很高,并需要全面了解磁化特性。
近年来,对于SRM,出现了另一种非线性控制方法,即非线性滑模控制,这不仅是因为滑模控制具有响应速度快、暂态性能好、对对象参数变化及负载扰动不敏感、易于设计和实现、且不需要精确的数学模型等优点,而且还因为滑模控制的开关控制结构特别适合于电子功率电路。但由于控制滞后等原因,实际系统不可能形成理想滑模,因而采用滑模控制不能解决SRM转速波动大的问题。
本文首次将受生物启发的分流模型引入SRM的变结构滑模控制器,试图抑制SRM的转速波动,提高SRM的控制性能。
2 SRM的数学模型
在SRM中,定转子铁心都是双凸极结构,磁场分布严重非线性,因此绕组电感和转矩都是转子位置的复杂函数,难以用一个精确的数学表达式描述。实用中,为避免繁琐的计算,又近似地考虑磁路的饱和效应,常采用一种准线性模型的磁化曲线,即用两段线性特性来近似一系列非线性磁化曲线,其中一段为磁化特性的非饱和段,另一段为饱和段。这里,由于采用滑模控制无需建立精确的数学模型,故选用准线性模型。
基于准线性模型,绕组电感L(θ,i)可写为分段解析式[1],相应绕组磁链也可根据式(1)写出分段解析式
 动(细胞膜电势),A、B和D是非负常数,分别代
表神经活动的衰减率(decay rate)、上界和下界。
变量Sei和Sii是神经元的激励输入和抑制输入。该分流模型首先由Grossberg于1988年提出,用以理解个体(individuals)对复杂动态环境偶然事故的实时自适应性。加拿大Simon X.Yang博士首先将此模型成功应用于移动机器人规划及控制[2]。
6 结论
通过对采用一般滑模控制及采用受生物启发滑模控制的SRM控制系统分别进行MATLAB仿真,结果表明:
(1)采用受生物启发滑模控制的开关磁阻电动机,其转速对给定转速的跟踪比采用一般滑模控制更平稳、更准确。
(2)采用受生物启发滑模控制的开关磁阻电动机,其带负载的平稳性优于采用一般滑模控制。
(3)采用受生物启发滑模控制的开关磁阻动机,保持了一般滑模控制器对对象参数变化的鲁棒性。
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