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基于mras感应电机无速度传感矢量控制的研究.doc

上传人:cjc2202537 文档编号:205874 上传时间:2018-03-23 格式:DOC 页数:9 大小:96KB
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资源描述

1、基于 Mras 感应电机无速度传感矢量控制的研究电气开关 1(2007.No.2)19文章编号:1004-289X(2007)02-0019-03基于 Mras 感应电机无速度传感矢量控制的研究林安平,于盈,赵嘉婧,姜斌,刘彦呈(大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026)摘要:利用 Simulink 软件建立了模型参考自适应无速度传感器矢量控制系统仿真,分析了比例积分转速调节器的缺点,提出在转速调节器中的积分器采用一种模糊控制算法,此算法根据转速偏差和偏差变化来修改积分器的输入,使积分器提前退饱和.仿真结果表明在转速调节器中采用模糊控制算法使调节器提前退饱和,减小了调速系统超调量调节时

2、间,提高了系统抗干扰性.关键词:Simulink;模型参考自适应 ;矢量控制;模糊控制中图分类号:TM346 文献标识码:BSimlationofInductionMotorSensorlessVectorContro1BasedonMRASLINAn-pingUYing,ZHAOJia-ring,JIANGBin,LIUYan-cheng(CollegeofMarineEngineering,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China)Abstract:UsingSimulinktOestablishthesimulationofinduction

3、motorspeedsenselessvectorcontrolbasedonMRAS,analyzedthedisadvantagesofPIspeedregulator,adoptedakindoffuzzycontrolalgorithmintheintegratorofspeedregulator,thisalgorithmmodifytheinputofintegratoraccordingtOthespeeddeviationanddeviationdifferential,maketheintegratordesaturateinadvance.Thesimulationresu

4、ltshowstheproposedfuzzycontrolalgorithmtOdesaturatethespeedregulatorcanreducetheovershootandadjustmenttimeofspeedregulatingsystem,improveanti-interferenceofthesystem.Keywords:simulink;modelreferenceadaptivesystemvectorcontrol;fuzzycontrol1 引言20 世纪 70 年代德国人 F.Blasshke 等人提出了矢量控制技术,由此开创了交流电机等效为直流电机的先河.

5、使交流电机同样可以实现转矩,磁场独立控制.矢量控制以其优良的转矩控制特性,使交流传动系统的性能得到显着的改善,矢量控制交流电机控制系统已经实用化.矢量控制必须直接或间接得到转子磁链在空间上的位置,才能实现定子电流的解藕控制,这种矢量控制需要配备转子位置或速度传感器,增加了系统的成本和复杂性,在恶劣条件下转速传感器安装和维护困难.因此,无速度传感器技术成为国内外交流调速系统研究的一个热点.目前转速辨识大体可分为:动态转速估计器,模型参考自适应法z-(MRAS),全阶磁链观测器引,卡尔曼滤波器法,神经网络估计器法引,转子齿谐波法6, 高频注入法.本文采用了模型参考自适应方法,辨识感应电机转速,用

6、Simulink 搭建感应电机无速度传感器矢量控制系统,试验了仿真系统对转速给定信号的跟踪能力和抗负载扰动的能力.然后采用模糊控制算法使转速调节器提前退饱和,有效地减小了转速超调量.2 基于 Mars 的无速度传感矢量控制2.1 模型参考自适应理论模型参考自适应系统(Mras) 是利用两套不同的输入变量,两个不同结构的电机模型来估计电机的同一变量.其中不涉及被估计变量的模型称为参考模型,涉及到被变量的模型称为可调模型.利用这两个模型的输出误差来驱动一个自适应机制,产生一个转速估计值,再利用转速估计值来修正自适应模型,当自适应模型的输出与参考模型的输出完全相等时,理论上自适应机制的输出就等于电机

7、的实际转速.否则自适应机制将不断调节,直到满足要求.参考模型和自适应模型可以选择磁通空间矢量,反电动势,无功功率等.Mras 的特点如下:20电气开关)(2007.No.2)(1)基于稳定性理论设计的参数辨识方法,保证了参数估计的渐进稳定性;(2)是一种自适应控制方法,对电机参数变化和外界扰动具有较强的鲁棒性;(3)其速度估计是以参考模型为基础的,所以参考模型本身的参数准确程度直接影响速度辨识的精度.根据异步电机数学模型,转子磁链的电压模型与电机转速无关,而与转子磁链的电流模型转速有关,因此可以选择转子磁链的电压模型为参考模型,而转子磁链的电流模型作为可调模型,采用并联型结构辨识转速.转子磁链

8、的电压模型为:r,一Jarl(一 R.i)dt-L.ilr1=J-aTl(一 R.i.p)dt-Lipl其中厶一.m转子磁链的电流模型为:P:一一 p+l“,P 坤:坤一+J-wmz.l其中 T 一厶/R 为转子时间常数.整个辨识算法运算框图如图 1.图 1 模型参考自适应转速辨识框图根据 Popov 超稳定理论 ,可以推导出转速自适应收敛率,并使系统保持稳定状态.两个模型之间的误差计算为:口一 p通过一个 PI 调节器来计算并校正转速:一(五+五)为了消弱转子磁链电压模型中纯积分的影响,在转子磁链电压模型的输出引入滤波环节,改善估计性能,但同时带来了磁链估计的相位偏差,为了平衡这偏差,在参考

9、模型中引入相同的滤波环节7.2.2 仿真结果与分析根据前面所述理论,可以搭建建立矢量控制的Simulink 仿真 .电机参数为 :Rs 一 4.1,RR=2.512,Ls 一0.545H,LR 一 0.542H,LM 一 0.51OH,机对数为 PN 一2.仿真时间设为 3s,在 t-0s 时,转速给定信号为 cc,*一150rad/s,转矩给定为 Te*一 5NM,tls 时转速给定信号变为 cc,*一 60rad/s,t 一 2s 时转矩给定为Te*一 30NM 运行仿真得到图 2 转速曲线和图 3 转速估计与实际转速的偏差曲线.l60120芒 80340time(s)time(s)图 2

10、PI 控制转速图图 3 辨识转速与实际转速偏差图在图 2 中,实线表示转子转速,点划线表示给定转速.从仿真动态曲线可以看出,采用 Mras 转速辨识代替转速反馈,辨识转速与实际转速偏差在电机起动时偏差cc,一 cUicc,较大,但收敛很快.当 t-ls 转速给定信号改变和 t:2s 时负载突变时,跟着突变,很快又趋近零.忽略参数变化影响,如果时间足够长,cc,可以无限趋近零.采用 Mras 可以准确地辨识异步电机转速,代替转速反馈,调速系统能达到良好的调速性能,实际转速能较好地跟踪给定转速信号.在调速过程中,如果转速给定变化较大,转速 PI调节器达到饱和状态,直到出现转速超调才开始退饱和,引起

11、较大的转速超调和较长的调节时间.3 模糊控制在转速调节中的应用3.1 模糊控制器设计为了有效地抑制超调量,缩短调速时间,本文中引入模糊控制器用来做积分迁移,模糊积分迁移控制器结构如图 3,其中 r 代表给定值,Y 代表反馈值.以转速偏差和转速偏差微分为输入,根据经验设定相关的规则,计算出积分器输入的迁移量.转速偏差很大时,不做迁移,保证转速调节器较大的输出,加快调速过程;转速接近给定转速时,如果加速度较大,则根据模糊控制算法进行积分器输入值迁移,给积分器输入负值,提前退饱和;如果加速度较小则不做迁移 .这样就能减小转速接近给定值时的加速度,有效抑制超调量,减小调整时间.迁移值的大小由模糊控制器

12、决定.将模糊控制器输出到一个迁移判决单元里.如果迁移值为零,则不迁移,将转速偏差输入到积分器.如果迁移值不为零,则将迁移值输入到积分器,让积分器电气开关(2007.No.2)21提前退饱和.用 E 代表转速偏差,EC 代表偏差微分,代表转速偏差迁移值.模糊控制器可通过如下步骤来设计:(1)确定输入输出变量,将转速偏差 E,转速偏差变化率 EC 作为模糊控制器的输入,将经过模糊推理的输出作为模糊控制器的输出.(2)选择合适的量化因子和比列因子,公式为:KE=n/XE,Kc=m/Xc,Ku=l/xu式中:为偏差论域的幅值,为偏差变化论域的幅值,Xu 为控制量的论域幅值,为偏差变量模糊子集的最大值,

13、m 为偏差变化率变量模糊子集的最大值,z 为控制量模糊子集的最大值.(3)用模糊语言描述输入输出变量,输入变量取为偏差 E 和偏差变化率 EC,E 的论域为一 10,10,词集为NB,NS,ZE,P,PB),EC 的论域为一 1O,io,词集为(NB,NS,ZE,尸,尸 B),输出变量为控制量,的论域为一 10,lO,词集为NB,NS,ZE,PS,PB),采用三角形隶属度函数将输入输出变量量化.(4)由 E 和 EC 对输出特性的影响,确定 25 条模糊规则,如表 1 所示.根据 E 和 CE 的大小可以从表中得到控制器输出的量.表 1 模糊控制规则PSONBPBONBNSZE0NBNS0图

14、4 模糊积分迁移控制结构图3.2 仿真结果与分析其他参数不变,在转速调节器中加入模糊控制积分迁移以后,运行仿真可得到如图 5 转速动态曲线.比较图 1 和图 5 可以看出,在其他参数相同的条件下,采用传统 PI 控制,在起动过程和减速过程,超调量都比较大,分别为 15.6rad/s 和 14.3rad/s,而采用模糊控制的超调量分别为 8.8rad/s 和 1.6rad/s,超调量明显减小,电动机的转速能较快地趋近给定转速.在f=2s 突然增加负载后,采用模糊控制的转速变化较小,并能较快地恢复给定转速,抗干扰性增强.1601208o34O000.5图 54 结论l1.522.53time(s)

15、模糊控制转速图仿真结果表明:采用模型参考自适应法辨识感应电机矢量控制转速,收敛快,鲁棒性好,在对调速系统性能要求不是很高的情况下,可以用辨识转速代替转速反馈,节省矢量控制系统硬件成本.将模糊控制应用于比例积分转速调节器中,使转速调节器提前退饱和,减小转速调节器的输出,控制转速趋近给定转速的速度,能有效地减少超调量和调节时间.参考文献:1MohsenElhoumiandLazharBenbrahim.urvevofSpeedSensorlessControlsforIMDrivesEA-I.IEEEPESS98c3.Aachen,Ger,1998:1O1810232LIZ.Sensorlessf

16、ieldorientationcontrolofinductionmachinesbasedonamutualMRASschemeEJ-I.IEEETransonIE,1998,45(5);8248313HisaoKubota,etc.DSPBasedSpeedAdaptiveFluxObserverofInductionMotorJ.IEEETransactionsonInductryApplications.1993,29(2):344?3484M.Hilairet,F.AugerandC.Darengosse.TWOEfficientKalmanFiltersforFluxandVelo

17、cityEstimationofInductionMotor-A-,IEEEPESC2000Ec3,Galway,UK,2000:8918965L.BenBrahim.MotorSpeedIdentificationviaNeuralNetworksJ,IEEEIndustryApplicationsMaganize,1995,1(1):28326A.Ferrah,K.G.Bradley,G.M.Asher.SensorlessSpeedDetectionofInverterFedInductionMotorsusingRotorSlotHarmonicsandFastFourierTransformA,IEEEPESC92,Toledo,1992:2792867 王得明.无速度传感器的异步电机直接转矩控制的研究 ED-.河海大学博士学位论文.2000收稿日期:2006-09-04作者简介:林安平(1982-),男,汉族,硕士研究生,主要从事电气自动

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