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        基于智能控制理論的永磁同步電機FOC速度控制系統(tǒng)研究

        2018-03-29 07:19:43包明杰張浩然王映月
        機電信息 2018年9期
        關(guān)鍵詞:理論智能模型

        包明杰 張浩然 王映月

        (浙江師范大學數(shù)理與信息工程學院,浙江金華321000)

        0 引言

        近年來,隨著智能控制理論、永磁材料和電力電子技術(shù)的發(fā)展,基于智能控制理論的永磁同步電機(PMSM)矢量控制以其優(yōu)良的控制性能引起廣泛關(guān)注[1]。本文對智能控制理論中基于SVM及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機矢量控制(FOC)系統(tǒng)進行了理論研究與分析。

        1 永磁同步電機矢量控制原理

        永磁同步電機控制系統(tǒng)由于其多變量、非線性、強耦合等特點使得控制難度較大。為了實現(xiàn)該系統(tǒng)高效控制,首先要實現(xiàn)解耦。矢量控制是一種常用的解耦方法,實現(xiàn)原理如圖1所示[2-3],只要保持is與d軸垂直,就能通過調(diào)節(jié)直流分量iq來控制轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)三相永磁同步電機控制參數(shù)的解耦。

        圖1 矢量控制解耦原理

        2 傳統(tǒng)永磁同步電機FOC調(diào)速控制方案

        傳統(tǒng)永磁同步電機FOC調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖2所示[4-5]。

        圖2 傳統(tǒng)永磁同步電機FOC速度控制結(jié)構(gòu)示意圖

        3 基于智能控制理論的控制方案

        隨著智能控制理論的發(fā)展,滑模變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)[3]競相涌現(xiàn)。本文中基于智能控制理論的永磁同步電機調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

        圖3 基于智能控制理論的永磁同步電機FOC控制結(jié)構(gòu)示意圖

        首先根據(jù)檢測到的電機轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計算得到q軸電流參考輸入iqref,然后再根據(jù)FOC調(diào)速控制理論繼續(xù)完成電機矢量控制。

        4 速度控制系統(tǒng)的仿真

        4.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)仿真模型的建立

        在Matlab7.2的Simulink環(huán)境下,利用SimPowerSystem Toolbox2.3豐富的模塊庫,建立PMSM控制系統(tǒng)仿真模型[4-5]。

        控制系統(tǒng)主要包括PMSM數(shù)學模型、SVPWM模塊、坐標變換模塊、電流及轉(zhuǎn)速PID控制模塊等,如圖4所示。

        4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)仿真模型的建立

        把外環(huán)速度環(huán)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊來代替,本文中具體分別采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能控制模塊,調(diào)整q軸電流參考輸入iqref,實現(xiàn)永磁同步電機的高精度矢量控制,如圖5所示。

        5 結(jié)論

        分別以額定轉(zhuǎn)速120 r/s、40 r/s、250 r/s代表電機的中速、低速、高速狀態(tài)時,傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)和兩種基于不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的矢量控制的仿真效果分別如表1所示。

        圖4 PMSM的FOC數(shù)字仿真模型圖

        圖5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PMSM矢量控制仿真模型圖

        表1 三種控制方式的仿真效果

        從表1可以得到以下結(jié)論:基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的電機額定轉(zhuǎn)速控制效果要好于傳統(tǒng)矢量控制的效果。智能控制方法在實現(xiàn)永磁同步電機轉(zhuǎn)速的高精度控制方面有優(yōu)勢。

        [1]吳啟鵬,方敏.矢量控制的帶式輸送的動力學仿真[J].微型機與應(yīng)用,2012,31(15):9-12.

        [2]王曉明,王玲.電動機的DSP控制——TI公司DSP應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

        [3]莫會成.永磁同步伺服電動機的動態(tài)參數(shù)[J].微電機,2006,39(2):3-5.

        [4]薛定宇,陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:清華大學出版社,2002.

        [5]金曉華,程明,李文廣.基于Matlab/Simulink的雙凸極永磁電機建模與仿真[J].微電機,2006,39(1):32-34.

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