感应电机模糊滑模控制器的新型设计方法
摘 要:针对感应电机定子电阻和转子时间常数受外界因素干扰影响其矢量控制系统稳定性和精确度的问题,提出了一种感应电机模糊滑模矢量控制方法。根据感应电机的模型,设计了滑模速度控制器和转子时间常数观测器。利用模糊控制方法改进了滑模切换函数,从而实现切换函数的连续化实时整定,削弱了符号切换函数的高频抖动效果。仿真和dSPACE实验结果表明,控制系统能够稳定运行,动、静态性能良好,抗参数变化和负载突变能力强。
关键词:感应电机;滑模控制;模糊滑模控制;转子时间常数
感应电机是参数时变的复杂非线性系统,间接磁场定向控制(IFOC)在交流驱动控制系统中的大量研究和应用,为高精度伺服系统的非线性控制提
供了便捷的途径[1]。传统IFOC采用PI调节器作为速度控制环节,该方法的不足是抗负载突变等不确定性扰动的能力不强,且PI参数难以整定;另外,IFOC对转子时间常数变化敏感,大大削弱了感应电机伺服系统抗参数变化的鲁棒性。
针对IFOC存在的问题,不少学者采取了相应的改进策略。文献[2-4]采用滑模控制技术,设计滑模速度控制器,通过选择误差滑动模式面,设计对
象控制律,迫使系统误差轨迹在极短的时间内到达滑模面,并保持该运动状态,形成良好的非线性跟踪特性。滑模控制具有鲁棒性好和精度高的特点,但是,滑模开关函数由于高频切换所引起的“抖动”,将引发控制效果的不确定性。文献[5]采用模糊控制方法,定义电流误差目标函数,使得误差逼近零,寻找最优控制律,从而实现对转子时间常数的辨识,模糊控制是智能控制方法之一,模糊控制具有良好的非线性学习特性,通过自学习调整步长来适应控制对象变化,从而收敛速度极快,若将滑模控制与模糊控制相结合,改善滑模控制的不足,起到相辅相成的作用。
本文在文献[4]的基础上,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,形成连续控制形式,代替传统的滑模符号切换函数,从而将其抖动降到最低点;为避免IFOC受转子时间常数变化的影响,根据感应电机数学模型,设计了转子时间常数辨识器,以弥补该参数变化后速度控制器鲁棒性的不足。
本文结合滑模和模糊控制方法,设计了模糊滑模速度控制器和转子时间常数观测器,实现了感应电机的矢量控制。利用模糊控制方法,设计了新的模糊连续化切换函数代替传统滑模开关函数,从而有效的抑制了开关函数的频繁抖动,提高系统对感应电机参数变化的鲁棒性。Simulink仿真和dSPAC实验结果表明:当感应电机参数变化和负载突变等扰动发生后,系统控制性能仍能满足实时控制需求但电磁转矩的脉动不是十分理想,有待进一步改进。
|
