感应电机伺服驱动系统自适应控制研究

    魏伟¹，许胜辉²，郭新超³

（1华中科技大学电气学院，武汉430074；2武汉职业技术学院电信系，武汉430074

    3武汉凯力科技发展有限公司，武汉430074）

摘要：针对传统感应电动机伺服驱动系统的位置与速度外环PI控制的结构复杂、双闭环耦合及对参数等不确定性扰动鲁棒性差的问题，在直接转矩控制理论将感应电动机的转矩与磁链解耦的基础上提出了基于动态神经网络的自适应控制方案，简化了控制系统结构，它可随着伺服驱动系统的运行工况而改变控制系统的结构参数，大大提高了伺服驱动系统对参数变化的鲁棒性，同时，也较好地改善了伺服驱动控制系统的动态及稳态性能。最后通过实验验证了该控制系统的有效性和可行性。

关键词：伺服驱动系统；感应电动机；自适应控制；动态神经网络；直接转矩控制；鲁棒控制

中图分类号：TM273+2：TM343    文献标志码：A    文章编号：1001-6848 (2010)01-0029-04

         

0引  言

  伺服驱动系统简称为伺服糸统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。交流伺服系统具有良好的性价比，得到了广泛地应用，如需要精确定位的工业装备、生产线、木材加工、纺织和印刷等行业早已经成为交流伺服系统的主要应用领域。为了达到响应决、定位精确，伺服控制系统一般采用速度、位置和电流三个闭环的控制结构。传统的控制方法不仅控制结构复杂，而且由于感应电机驱动系统是非线性多变量时变的系统，很难达到工艺的要求[3，4]。本文是在混合滑模变结构的转矩与磁链控制的基础上，提出了基于神经网络自适应控制器的伺服驱动系统。

1  感应电机伺服系统的模型描述

  转矩与磁链控制作为内环，而速度及位置控制作为外环，由直接转矩控制理论可知，转矩与磁链的内环控制可以将系统解耦成一个简单的线性系统。按定子磁链定向，同步转速两相坐标系d轴作为定向坐标，即内轴系沿着定子磁场定向，则定子磁链有如下关系式：

由文献[3]及机械运动方程，可以得到感应电机伺服系统的模型表示如下：

式中，J转动惯量；B阻尼系数；θ_r转子位置；T₁负载转矩；T_e电磁转矩；K_t转矩系数；i_sq定子电流的转矩分量。

  定子磁链设置为恒定值，定子磁链的控制选用了开环的控制方式，如果忽略定子磁链的暂态过程，这样驱动系统可以简化为只有以定子电流交轴分量i。作为输入的二阶线性系统。输入变量用U替代，驱动系统的机械运动方程式(3)可以

写成

    因此，伺服感应电动机驱动系统的结构框图如图l所示，其中负载转矩作为一个扰动加到电磁转矩上。

 

2基于递归型神经网络的自适应控制

2.1控制系统结构

    在没有扰动的标称条件下，采用传统的位置速度PID控制器[5]，系统可以得到满意跟踪精度和良好的动态响应特性，其控制系统的结构框图

如图2所示。

   

  实际应用中的参数变化、负载扰动及位置环与速度环之间的动态耦合关系往往会导致PID控制系统的性能变差，以至于无法得到满意的控制精度。为了解决这个问题，同时简化控制系绕结构，本文采用递归型小波神经网络控制器( RWNC)代替位置、速度PID控制器，其控制系统框图如图3所示。

    图3