基于Pi控制器的交流電機(jī)控制系統(tǒng)控制算法綜述
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隨著電力電子器件及微電子器件的迅速發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速傳動中的具體應(yīng)用，從一般要求的小范圍調(diào)速傳動到高精度、快響應(yīng)、大范圍傳動；從單機(jī)傳動到多機(jī)傳動協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎都可采用交流傳動。但交流電機(jī)本質(zhì)上是一個非線性的被控對象，電機(jī)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中會發(fā)生變化，而且可能存在比較嚴(yán)重的外部干擾。經(jīng)典控制理論不能克服負(fù)載、模型參數(shù)的大范圍變化及非線性因素的影響，因而控制性能將會受到影響。要獲得高性能的交流電機(jī)控制系統(tǒng)，就必須研究先進(jìn)的控制算法以彌補(bǔ)經(jīng)典控制的缺陷和不足。近年來，隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，先進(jìn)控制算法被廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)控制系統(tǒng)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等，并取得一定成果。因此，這里將簡要介紹目前交流電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的幾種控制算法。
2 交流電機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法
2．1 PI控制
PI控制器以其簡單、有效、實(shí)用的特性，廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)控制系統(tǒng)。交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)器均使用PI 控制器。但交流電機(jī)是一個強(qiáng)耦合的非線性對象，并且其應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜且常常存在各種干擾，電機(jī)參數(shù)也會在運(yùn)行過程中發(fā)生變化。因此，PI控制器在交流電機(jī)調(diào)速中由于自身特點(diǎn)還存在不足，例如：PI控制器直接獲取目標(biāo)和實(shí)際之間的誤差，這樣就會由于初始控制力太大而出現(xiàn)超調(diào)，從而無法解決快速性和穩(wěn)定性之間的矛盾；控制過程中，PI參數(shù)一旦確定，則無法在線自調(diào)整以適應(yīng)對象參數(shù)的變化，即同一PI參數(shù)一般難以適用不同電機(jī)轉(zhuǎn)速；PI控制器參數(shù)適用控制對象范圍小。所以交流電機(jī)采用PI控制難以取得令人滿意的調(diào)速性能，尤其是在對控制精度要求較高的場合。近年來，出現(xiàn)了模糊PI、自適應(yīng)PI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI等新型PI控制器，在一定程度上改善、提高了交流電機(jī)的調(diào)速性能。
2．2 模糊控制
模糊控制是利用模糊集合來刻畫人們?nèi)粘Ｋ褂酶拍钪械哪：?，使控制器更逼真模仿熟練操作人員和專家的控制經(jīng)驗(yàn)與方法。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。模糊控制的突出特點(diǎn)：無需建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型；系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適應(yīng)于解決常規(guī)控制難以解決的非線性、時變及滯后問題；以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量；推理過程模仿人的思維過程，借鑒專家的知識、經(jīng)驗(yàn)，處理復(fù)雜的控制問題。
模糊控制作為一種智能控制技術(shù)，是模糊集合理論應(yīng)用的一個重要方面。其主要思想是吸取人類思維具有模糊性的特點(diǎn)，通過模糊邏輯推理來實(shí)現(xiàn)對眾多不確定性系統(tǒng)的有效控制。其設(shè)計(jì)核心是模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)的確定，其一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。
模糊控制的不足之處：本身消除穩(wěn)態(tài)誤差的性能較差，難以達(dá)到較高的控制精度。目前，模糊控制在交流控制領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得一些成果，但仍存在有待進(jìn)一步研究的問題，如基于模糊控制的交流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，如何保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；模糊控制規(guī)則難以確定，對不同的電機(jī)和運(yùn)行環(huán)境，模糊規(guī)則需要分別設(shè)計(jì)；缺乏系統(tǒng)而有規(guī)律的模糊規(guī)則設(shè)計(jì)方法等。
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