智能控制在交流调速中的应用

交流调速系统中的被控对象大多为异步电动机,异步电动机具有多变量、强耦合、系统参数时变及系统结构非线性与不确定性等特点,所以难以建立其精确的数学模型。而传统的控制策略,诸如P ID控制,以及矢量控制都是建立在系统较为精确的数学模型基础上。为了提供交流电动机高精度的控制方法,国内外许多学者在这一领域进行了大量的研究,新方法新技术不断涌现,智能控制就是近些年来发展起来的一门新兴学科。与经典和现代的控制方法相比,智能控制突破了传统控制理论中过分依赖系统数学模型的束缚,按照实际效果进行控制,不依赖或者不完全依赖系统的数学模型；控制具有非线性；尤其是随着计算机技术的迅速发展,可完成更加复杂系统的控制,且具有在线辨识或总体自适应自寻优的特点。所以,将已有的控制方法和智能控制手段相结合,是当代交流调速的基本思路。

智能控制的主要方法有模糊控制、神经网络控制、变结构控制、自适应控制及专家系统控制等。本文主要介绍模糊控制、神经网络控制及其复合控制在交流调速中的应用,并对它们的特点和发展动态作了适当的分析和说明。

2 模糊控制在交流调速中的应用

由于模糊控制是智能控制中最为简单、最具实际意义的方法,因而在交流调速系统中得到了广泛地应用。将模糊控制应用于交流电动机的矢量控制中,可以很好地克服传统矢量控制方法所带来的诸如非线性、参数变化等对系统性能影响过大的缺点,使系统具有较强的鲁棒性。

模糊控制在速度控制中一般处于最外环,而内环仍保留矢量控制、滑模解耦控制等传统控制方法。用模糊控制器代替常规PID控制器,在参数变化、负载扰动情况下仍可得到快速、强鲁棒性的控制。与传统的PID控制相比,模糊控制器具有更小的超调量和更强的抗干扰性。

2.1 常规模糊控制器在交流调速中的应用

常规模糊控制器是一种基于直接查询方式的控制器,它能实现首先对输入量的模糊化,并采用直接查询法进行模糊控制决策和处理,然后对其进行去模糊化后最终输出。将模糊控制引入电机的直接转矩控制系统中,不仅能够有效地改善其静态和动态特性,而且有利于系统鲁棒性的提高。文献[7]就是采用常规模糊控制器控制的一个典型应用,文中针对异步电动机矢量控制系统因电机参数变化和负载波动等因素导致性能变差的问题,设计了一种二维自调整模糊控制器作为滑差矢量控制的速度调节器。用这种速度调节器,可以根据输入变量的大小调整模糊控制器的量化因子、比例因子和两个输入变量的权重,从而自动调整模糊控制规则。不仅提高了控制系统的动态和稳态性能,而且具有较强的鲁棒性。

2.2 高性能模糊控制器在交流调速中的应用

在实际应用过程中,对于时变参数非线性系统,尤其是对快速准确控制要求很高的诸如电机调速这样的非线性系统,常规模糊控制所依赖的控制规则缺乏在线自学习或自调整的能力,难以满足控制需要。因此,将模糊控制器与其他控制策略相结合,设计了多种不同类型的模糊控制器,如参数自调整模糊控制器、模糊-变结构控制模糊控制器、自适应模糊控制器等,以克服常规模糊控制的局限性,进一步提高精度,适应更为精确的控制需要。

2.2.1 参数自调整模糊控制器