永磁同步电机神经网络自适应滑模控制器设计
永磁同步电机神经网络自适应滑模控制器设计
发表时间：2019-06-10T10:58:58.827Z 来源：《电力设备》2019年第2期作者：赵豫凤
[导读] 摘要：建立矢量控制永磁同步电动机调速控制系统，可以有效加强控制系统的可靠性与适应性，提高系统的调速性能。
（桂林星辰科技股份有限公司广西桂林 541004）
摘要：建立矢量控制永磁同步电动机调速控制系统，可以有效加强控制系统的可靠性与适应性，提高系统的调速性能。在矢量控制永磁同步电动机调速控制系统中采用最新型的空间电压矢量脉宽调制技术，可以使工作中的逆变器得到控制，并使电子磁链矢量的运动轨迹随着电动机的运行逐渐靠近圆形的磁链轨迹。本文主要对永磁同步电动机调速控制系统的设计进行分析研究。
关键词：永磁同步电动机；调速控制系统；设计
前言：
可调速的永磁同步电动机是一种新型的同步电动机，所应用的范围十分广泛，具有体积小、损耗低以及效率高等优势。现阶段永磁同步电机得到了深入的应用，相关人员开始注重对永磁同步电机调速控制系统的探究。空间电压矢量控制技术在交流电动机变频调速中得到了十分普及的应用，可以在一定程度上满足工业的发展。
1 空间电压矢量脉宽调制技术
空间电压矢量脉宽调制技术通常运用于磁链跟踪控制中。因此，也可以称为磁链跟踪控制技术。空间电压矢量脉宽调制技术是利用逆变器输出具有交替作用的多种基本空间电压矢量，使传输出的电压矢量进行合成，最终形成圆形磁链轨迹。同一个周期内的逆变器，若在六个有基础的基本电压空间矢量都进行一次输入，定子磁链矢量会直接出现六边形的运动轨迹，从而阻碍了圆形磁链轨迹的出现。为了可以在永磁同步电动机获取圆形磁链轨迹，可以借助多种基本空间电压矢量进行组合，从中获取具有不同幅值的空间电压矢量，使逆变器的使用状态逐渐增加。永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、运行可靠、损耗少、效率高、电机尺寸灵活多样等优点，广泛应用于各种场合，因而对其控制性能的要求越来越高。传统的 PI 控制器算法简单，易于实现，可满足 PMSM 矢量控制系统一定范围内的控制要求。由于 PMSM 调速系统的非线性、多变量、强耦合、变参数等特性，PI 控制器的性能易受系统参数变化、外部扰动等影响，进而影响系统运行的可靠性以及动、静态性能，所以常规 PI 控制方法显然不能满足高精度场合的应用要求。因此，非线性的控制方法被应用于 PMSM 的控制系统中，包括自适应控制、自抗扰控制、预测控制、滑模控制（SMC）、Back-Stepping方法、神经网络控制、智能控制等。SMC以其动态响应快、鲁棒性强和简单可行等优点而被广泛应用。
2 永磁同步电动机的运行情况
永磁同步电动机所具备的结构特点是无法直接启动的，可以通过逆变器调节变频速度。当通入永磁同步电动机由三相逆变器经过空间电压矢量脉宽调制技术得到正弦交流电源后，永磁同步电动机定子产生磁场，与转子永磁体产生相互作用，并产生与定子在同一方向绕组旋转的转矩，当永磁体产生的转矩克服转子惯量及机械静摩擦力后，永磁同步电动机可以被启动，并且速度也会随之上升。为了实现转矩的最大化，需要在永磁同步电动机运行时转子与定子磁通的夹角为直角。
3 对永磁同步电动机数学模型的分析探讨
通过对永磁同步电动机的数学模型的分析，可以从中了解到应用最为广泛的数学模型是具有dq坐标系的，该数学模型不仅可以检测出永磁同步电动机的运行性能，更能深入了解到永磁同步电动机的瞬态性能。因此，相关人员应并在创建永磁同步电动机的数学模型时做出假设，首先，对于电动机铁心的饱和度不进行计算。其次，忽略电动机在运行时所出现的涡流以及磁滞的耗损情况。第三，假设三相交流电流为电动机的对称电流。第四，阻尼绕组并没有存在于转子上。
4 矢量控制的永磁同步电动机调速系统的设计
在矢量控制的永磁同步电动机调速系统的设计中，采用转速控制环和电流控制环双闭环控制方式。误差信号所输入的转速调节器是在转子的定值r*与实际值r之间所存在的差值。在矢量控制的永磁同步电动机调速系统中，实际检测出的永磁同步电动机由定子三相电流转换为两相电流，并将所得到的电流与调节器的输出进行比较，最终得到的差值应用于电流调节器的输入，并基于此，通过转变后输入到空间电压矢量脉宽调制技术与逆变器。空间电压矢量脉宽调制技术可以通过输出信号逆变器的多个开关器件，并通过多种途径的导通模式，产生多样的空间电压基本矢量，通过结合所产生的基本矢量，将其中制作成一组具有不同幅值的空间电压矢量，使永磁同步电动机根据输出电压所产生的磁通，逐渐拉近与预期磁通圆的距离，通过有效措施控制永磁同步电动机。
5 模糊PI自适应控制
5.1 传统PI控制方法
与模糊PI控制相比，传统PI控制中存在着比例系数与积分系数这两个参数，并且该参数是确定的，不会因为系统出现误差的变化，而进行改变。传统的PI控制方法缺乏准确性，对系统所产生的变化具有响应，并在此基础上，引入智能控制方法。控制方法也可以分为多种形式，其中主要包括专家控制，神经网络控制以及模糊控制等多种方式方法，其中模糊控制方法在本文中更适用于与传统PI控制方法进行结合，两者的结合为模糊PI控制。
5.2 模糊PI控制方法
模糊PI控制方法的控制器在转速环中，是以系统的误差以及误差所存在的变化率作为输入，并根据模糊PI控制方法中的规则，找出积分系数和比例系数之间所存在的内在联系。并在永磁同步电动机，检测出系统的误差。通过找出的联系与误差，对积分系数于比例系数进行整合，使模糊PI控制参数可以满足系统的误差的要求。对于不同系统的误差，模糊PI控制器所存在的参数比例系数与积分系数的数值也是不同的，比例系数与积分系数为输出语言变量，与模糊控制器输入语言变量存在比较性。
5.3 在仿真系统中创建仿真模型
在MATLAB/SIMULINK中进行系统仿真模型的构建，使用自适应模糊PI控制和传统PI控制进行转速控制器ASR的仿真，并仿真MATLAB。在T m值为0时，逐一仿真这两种情况，在0.2s时，需要将3Nm的负载加于电机中，也就是T m值为3Nm时。对于转速控制器而言，借助仿真结果可以比较模糊PI和传统PI这两个方法，进而得出最终结论，并对结果做出比较。
结束语：
综上所述，是对永磁同步电动机调速控制系统的设计进行分析研究。通过设计永磁同步电动机调速控制系统，可以从中了解到在应用