模糊pid型电流控制器在异步电机调速系统中的应用

《模糊pid型电流控制器在异步电机调速系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、模糊PID型电流控制器在异步电机调速系统中的应用2007-11-12来源：中国自动化浏览：680摘要：本文设计了一种二维模糊P1D控制器作为SVPWH异步电机矢量控制系统电流调节器，以改善这类系统电流动稳态性能。基于对矢量控制中（1、q轴电流响应性能不同要求，论文给出了两种控制方案。仿真实验结果说明，电流环采用模糊PID控制器比釆用常规PI控制器具备更好动稳态性能。1引言矢量控制异步电机调速系统中，定子电流控制通常有两种方式：一种是经矢量变换后到定子三相电流瞬时给定值，由三个电流调节器分别对三相交流电流进行闭环调节，即电流控制三相静止坐标系下

2、进行。另一种是将电流控制放同步旋转坐标系下,电流环包括d轴电流环和q轴电流环，分別对d轴电流和q轴电流进行控制。目前,d轴电流环和q轴电流环通常采用常规PI调节器进行控制，存主要问题是q轴电流iq响应超调量与快速性之间孑盾突出；实际d轴电流id易受q轴电流iq影响，抗扰能力不强。本文设计一种模糊PID电流控制器，基于模糊逻辑原理实现常规PID参数Kp、Ki、Kd线自整定。为增强d轴电流环抗扰能力，本文提出将d轴采用模糊PID电流控制器，q轴釆用常规PI控制器控制方案；为改善q轴电流动稳态性能，木文提出将q轴采用模糊PTD电流控制器，d轴采用常

3、规PI控制器。仿真结果表明，两种方案达到了预期冃，明显改善电流环控制性能。2感应电机矢量控制模型爲一（d-q同步旋转坐标系中，把定了电流和转了磁链作为状态变量时，三相感应电动机定子电流与转子磁链关系式如下：式屮：id,iq—d、q方向定子电流；vd,vq—d^q方向定子电压；卩3卩审_&、口方向转子磁链；Rs,Rr一定子和转子阻抗；Ls,Lr,Lm—定子电感、转子电感及互感;we,wr,ws一同步角速度、转子角速度及转差角速度。L.=L-£:/£,■k-3XPXL^T"—&-厂・.、0AA此外，转矩关系式为其中转矩常数’22感应电机矢量控制就

4、是将同步速度旋转转子磁通矢量投影于d轴方向时，则转子q轴方向磁链吹°,并把鑫"儿7“代入式⑴到:fS•—尽•丄・丄马切2・丄1飞Sijq+辐诊+石卩于—W式中idr,iqr表示d方向和q方向转子电流。此时，转矩表达式为:由此到矢量控制SVPWM异步电机调速系统基本框图如图1[1〉。从图中可以看出，实际定子三相电流3/2变换到dq坐标下两相电流，与给定电流值比较到误差值，然后电流调节器，输出dq坐标下两相电压。电流调节器作为系统内环。图1矢量控制SVPWM异步电机调速系统基本框图3模糊PID电流控制器设计以常规PTD控制为基础，采用模糊推理思想

5、不同误差E和误差变化率EC对PTD参数进行线自整定。本文设计出两输入三输出模糊PID控制器，以误差E和误差变化率EC作为输入，PID控制器三个参数即比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd作为输出。模糊自整定系统框图如图2所示。图2模糊自整定PID参数控制系统框图PID控制器中，考虑Kp、Ki、Kd三个参数对系统性能影响：Kp作用加快系统响应速度，提高系统调节精度，但Kp过大将导致系统不稳定；Ki作用消除系统稳态误差;Kd作用改善系统动态特性。不同误差绝对值

6、E

7、和误差变化率绝对值

8、EC

9、,参数Kp、Ki、Kd整定一般原则如下［2〉:(1)当

10、

11、E

12、较大时，可取较大Kp与较小Ki,使系统具有快速响应，同时为避免出现较大超调，应对积分作用加以限制，常取Ki二0;(2)当

13、E

14、处于中等末小时，为使系统响应具有较小超调，Kp应取较小。Ki取值要适当，Kd取值对系统响应影响较大；(3)当

15、E

16、较小时，为使系统具有较好稳定性能，Kp与Ki均应取大些。同时为避免系统设定值附近出现振荡，Kd值选择EC来确定：当

17、EC

18、值较小时，Kd取大些。当

19、EC

20、值较大时，Kd取较小值，一般Kd为中等大小；上述原则，找出PID控制器各个参数Kp、Ki、Kd与误差绝对值

21、E

22、和误差变化率绝对值IEC

23、之间模糊关

24、系，不断检测E和

25、EC变化情况，模糊控制规则对三个参数进行线修改，以满足不同

26、E

27、和

28、EC

29、对控制器参数不同耍求，使被控对象具有良好动静态性能。设定输入变量E和EC语言值模糊子集为｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝,并简记为｛NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB｝,将误差E和误差变化率EC量化到(-3,3｝区域内。同样，设计输出量Kp、Ki、Kd模糊子集为｛Z0,PS,PM,PB｝,并将其量化到区域＜0,3｝内。输入输出变量隶属函数曲线如图3所示。3絵人EMEC的水用険氧白线图3隶属函数曲线4基于模糊自整定PID电流控制器系统仿真

30、为验证模糊PID电流控制器控制性能,MATLAB里建立带模糊自整定PID电流控制器矢量控制SVPWM型异步电机调速系统。以5.5kW两对极异步电机为控制对彖，感应电