異步機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制1

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1、異步機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制福州大學(xué)電氣系（福州350002)趙晶陳沖[摘要]本文對異步機(jī)微分幾何法控制系統(tǒng)，提出簡單的轉(zhuǎn)子參數(shù)辨識算法，同時采用一種新的調(diào)節(jié)器，并給出相關(guān)的結(jié)構(gòu)圖及仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：感應(yīng)電動機(jī)，解耦，辨識，自適應(yīng)，調(diào)節(jié)器，參數(shù)尋優(yōu)，仿真1、引言交流傳動系統(tǒng)，由于其對象的多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點，給系統(tǒng)控制帶來一定困難。非線性微分幾何法控制策略的應(yīng)用，有效解決了交流傳動系統(tǒng)的解耦控制和完全線性化。但它控制的準(zhǔn)確性、,快速性、依賴于電機(jī)參數(shù)，其中轉(zhuǎn)子參數(shù)隨溫度變化顯著，將破壞系統(tǒng)的解耦性，使系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能惡化。本文將介紹采用轉(zhuǎn)子時間常

2、數(shù)自適應(yīng)的異步機(jī)非線性解耦控制策略，同時結(jié)合單純型加速法，對系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。2、系統(tǒng)的反饋解耦控制及完全線性化在同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系中，異步機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型被描述成下面的五階非線性狀態(tài)方程：令：x1=iD;x2=iQ;x3=ψr;x5=;x5=ωr;u1=uD;u2=uQ;u3=ω1;y1=x3;y2=x5;y3=x4則(1)其中:iD,iQ:定子d,q兩相電流;ψr:轉(zhuǎn)子磁鏈幅值;:轉(zhuǎn)子磁鏈相對d軸的相位角;ωr:轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度;ω1:定子旋轉(zhuǎn)角速度;uD,uQ:定子d,q兩相電壓;TL:負(fù)載轉(zhuǎn)矩;J:系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量;nP:電機(jī)極對數(shù);Lm:

3、定,轉(zhuǎn)子間互感;r1,r2:定,轉(zhuǎn)子電阻;Tr:轉(zhuǎn)子勵磁時間常數(shù);Lr:轉(zhuǎn)子自感;系統(tǒng)（1）是定義在五維流型的仿射非線性系統(tǒng)，由于它分別滿足解耦和完全線性化的條件，于是可以得到簡化后的非線性狀態(tài)反饋解耦控制規(guī)律及兩個互相獨立的單變量子系統(tǒng)[1]。兩個子系統(tǒng)可用框圖表示為：4AψR--PIψr2*ψr2V1K1（T1s+1）（T2s+1）（a）磁鏈子系統(tǒng)ωrASR--PIK2T3s+11/snp/jTLV2—ωr*（b）轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)圖1閉環(huán)子系統(tǒng)框圖3、辨識算法的提出雖然微分幾何法的或者策略有效的解決了異步機(jī)傳動系統(tǒng)的解耦控制與線性化問題，但它控制的準(zhǔn)確

4、性,仍受到電機(jī)參數(shù)直接影響。通常這些參數(shù)值是預(yù)先給定的，但在實際運行中會發(fā)生變化，尤其是轉(zhuǎn)子電阻r2隨溫度變化，對系統(tǒng)性能影響較大[2]。于是，要精確地對調(diào)速系統(tǒng)力矩進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)過渡響應(yīng)性能，轉(zhuǎn)子參數(shù)變化帶來的影響是不能忽略的。所以，有必要對系統(tǒng)轉(zhuǎn)子參數(shù)的變化進(jìn)行校正。在這里，我們忽略電機(jī)磁飽和，采用無功功率的模式，根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能模型，來辨識轉(zhuǎn)子電阻R2[2]。辨識算法可表示為：設(shè)：；；于是，（2）在控制過程中，根據(jù)辨識出的轉(zhuǎn)子電阻的實際值，實時改變轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器的參數(shù)，調(diào)整狀態(tài)反饋控制規(guī)律，實現(xiàn)自適應(yīng)的控制。4、調(diào)節(jié)器的設(shè)計根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)

5、要求，按二階工程設(shè)計法[3]，磁鏈調(diào)節(jié)器用PI算法，把勵磁子系統(tǒng)設(shè)計為典Ⅰ型，超調(diào)量σ﹪<5﹪。降低系統(tǒng)的超調(diào)量，避免啟動及給定急劇變化帶來的沖擊，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用偽微分反饋的控制結(jié)構(gòu)（簡稱PDF），該算法的特點是前向通道引入單一的積分環(huán)節(jié)KI/S，確保系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)中不存在靜差；反饋部分由KP和KDS組成，比例、微分環(huán)節(jié)是對較平緩的輸出信號作用的，不存在傳統(tǒng)PID控制中的微分突變現(xiàn)象，并能減小e2（t）的陡峭變化，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。所以，這種方案具有較好的控制效果，彌補(bǔ)了上述常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的不足。于是調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇的正確與否，對系統(tǒng)性能影響很大。因

6、此，我們利用優(yōu)化設(shè)計方法中的單純型加速法，借助Matlab軟件的控制工具箱和優(yōu)化工具箱中的相關(guān)指令，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化（將另文介紹）。以查表的形式，完成轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)中對象的控制任務(wù)。5、系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)子參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的仿真框圖為：4ωr圖2轉(zhuǎn)子參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的仿真框圖由于辨識算法式（2）的推導(dǎo)是以系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型為前提，為保證算法能正確的執(zhí)行，降低額外的干擾，采用了零階保持器，經(jīng)調(diào)試，采樣周期取為0.07s。同時，為了得到穩(wěn)定的輸出，提高辨識精度，加入帶有循環(huán)隊列的滑動平均值算法的數(shù)字濾波器。它適用于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)計算速率要求較高的場合。因為，轉(zhuǎn)子電

7、阻隨溫度的變化較為緩慢，因此，在仿真中，用一次函數(shù)近似模擬該變化曲線。以轉(zhuǎn)子電阻偏離+30%為例，參數(shù)辨識的結(jié)果為：表1No.123456t6.004524.2206.074324.2206.138424.2206.199924.2206.264724.2206.325424.347r2No.789101112t6.388324.5166.450824.7286.515224.9826.580025.2796.644925.2796.701525.618R2No.....2425262728t........7.404629.1307.450929.

8、4697.513229.8087.582130.1457.658030.457R2No.2930313233