徐大利 謝青海 崔嵬 王濤 孟鳳果
摘要:永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)速度控制器多采用參數(shù)固定的PI控制器。模糊控制推理方式類似于人的思維模式,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備良好的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力,將模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,設(shè)計了一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器。通過仿真實驗,結(jié)果表明,所設(shè)計的系統(tǒng)速度控制器性能良好,具有較強的魯棒性。
關(guān)鍵詞:模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);永磁同步電動機;魯棒性
0 引言
傳統(tǒng)的永磁同步電動機(PMSM)驅(qū)動系統(tǒng)中,速度控制器采用參數(shù)固定的控制器,如比例積分控制器(PI)。永磁同步電動機的設(shè)計參數(shù)對控制系統(tǒng)影響較大,由于模糊控制推理方式類似于人的思維模式,已有相關(guān)文獻將模糊控制器應(yīng)用于PMSM驅(qū)動系統(tǒng)中[1-2]。同時,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備良好的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力,所以在PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的理論研究中,相關(guān)文獻將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器應(yīng)用于永磁同步電動機的控制系統(tǒng)中[3]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然具備良好的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力,但是不適于表達基于規(guī)則的知識[4]。因此,本文將模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來,選取其各自的優(yōu)點,設(shè)計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器,用于控制PMSM驅(qū)動系統(tǒng)。通過仿真實驗,結(jié)果表明,所設(shè)計的系統(tǒng)速度控制器性能良好,具有較強的魯棒性。
1 自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器原理
自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共分5層:第1層為輸入層;第2層為隸屬度函數(shù)表達層;第3層為模糊規(guī)則表達層;第4層實現(xiàn)的是歸一化計算;第5層為輸出層,實現(xiàn)的是清晰化計算,即:
在電動機運行過程中,當(dāng)實際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速一致時,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出按照前一個時刻的參數(shù)計算得出。否則,便會按照上述算法對其進行在線調(diào)整。
2 仿真實驗
基于對原理的分析,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器的實現(xiàn)方式如下:
用C++語言編寫模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序,通過采樣實驗采集程序訓(xùn)練所需的原始數(shù)據(jù)。將原始數(shù)據(jù)輸入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序,離線訓(xùn)練,從而得到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器的初值。
電動機仿真實驗采用矢量控制方案,永磁同步電動機模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理如圖1所示。
電動機參數(shù)為:定子電阻Rs=0.618? Ω,直軸電感Ld=0.007 418 H,交軸電感Lq=0.012 285 H,轉(zhuǎn)子磁鏈ψf=0.112 8 Wb,轉(zhuǎn)動慣量J=5.59×10-4 kg·m2,極對數(shù)pn=2。給定不同的初始速度觀察系統(tǒng)的速度響應(yīng)曲線,仿真實驗條件為:負(fù)載0.2 Nm啟動,0.5 s時負(fù)載突增為1 Nm。給定轉(zhuǎn)速分別為500 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min,其速度響應(yīng)曲線分別如圖2、圖3、圖4所示,分別從3個性能指標(biāo)方面(穩(wěn)態(tài)時刻、超調(diào)量和負(fù)載突變速度變化幅值)對仿真結(jié)果進行了分析,仿真實驗結(jié)果如表1所示。
在3種給定速度下,永磁同步電動機模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的實際速度均能很快跟蹤上給定轉(zhuǎn)速(穩(wěn)態(tài)時刻最大僅為0.016 5 s),而且超調(diào)量很小(最大超調(diào)量為1.8%),這說明所設(shè)計的控制系統(tǒng)性能良好。
3 結(jié)語
本文將模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來,選取其各自的優(yōu)點,設(shè)計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器,用于控制PMSM驅(qū)動系統(tǒng)。通過仿真實驗,結(jié)果表明,所設(shè)計的系統(tǒng)速度控制器性能良好,具有較強的魯棒性。
[參考文獻]
[1] UDDIN M N,RAHMAN M A.Fuzzy logic based speed control of an IPM synchronous motor drive[J].Electrical and Computer Engineering,1999,4(3):1259-1264.
[2] 武瑞兵,王淑紅.基于S函數(shù)的永磁同步電動機模糊控制系統(tǒng)研究.微電機,2008(2):32-35.
[3] 王軍,肖建.永磁同步電動機自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)IP位置控制器[J].電機與控制學(xué)報,2005(6):525-528.
[4] 孫增圻,鄧志東,張再興.智能控制理論與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.
收稿日期:2020-06-24
作者簡介:徐大利(1983—),男,河北保定人,碩士,講師,從事電動機控制、電梯電動機控制研究工作。