模糊PID控制的异步电机矢量调速系统仿真

贾立辉，郑中白，张荣华

(河北理工大学，河北唐山063009)

    摘要：针对异步电动机调速系统的非线性和结构参数的易变性等特点，将模糊控制和PID控制结合起来，设计了模糊PID调速系统的转差模糊控制仿真模型，并对模型进行了性能研究。仿真结果表明，该仿真模型具有良好的适应性、鲁棒性，并且提高了非线性系统的动、静态特性，使得系统获得了较好的性能。

    关键词：模糊PID控制；异步电机；矢量系统；仿真

中图分类号：TM343    文献标识码：A    文章编号：1004-7018(2008)07-0047-03

 

 

    0 前言

    在交流异步电机的各种调速方案中，由于异步

电机是多变量、非线性、强耦合的被控对象，且在运行过程中存在参数时变特性，很难确定精确的数学模型。本文采用模糊控制与PID控制结合的方法，以异步电机的转差闭环调速系统为例，设计了相应的模糊PID控制器，建立了调速系统的模糊控制仿真模型。

 

1异步电机矢量控制系统

 

    异步电机通过矢量变换转化为等效的直流电机模型，对直流量进行控制，然后通过反变换将直流量变回交流量，这就是异步电机矢量控制原理。

 

    按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统模型，由于按转子磁链定向，旋转坐标系的M轴取向于转子全磁链ψr轴，而T轴垂直于M轴，从而ψr在T轴上的分量为零，这表明转子全磁链ψr****有M轴绕组中电流产生，可知定子电流矢量is(Fs)在M轴上的分量isM是纯励磁电流分量；在T轴上的分量isT是纯转矩电流分量。ψr在M-T轴上的分量可用方程表示为：

 

 

量控制系统所依据的控制方程式。

    三相异步电机按转子磁场定向的转矩方程为：

 

 

    式(4)表明，在同步旋转坐标系上，如果按异步电动机转子磁链定向，则异步电机的电磁转矩模型就与直流电动机的电磁转矩模型完全一样了。

    图1为异步电机的转差矢量控制系统的结构

 

 

环节，转速反馈角速度信号和由电流部分计算的转差角速度信号值之和经过一个积分环节变成转速角度信号，作为矢量反变换环节的角度值输入。该系统特点如下[1]:

    (1)转速调节器输出正比于转矩的给定信号，

 

如果仅考虑转子磁通的稳态方程式，即p=0，则上

 

 

    限于篇幅，本文不再给出矢量变换等关系式的推导，详见参考文献[2]。

 

    2 模糊PID控制器的建立

 

    所要建立的仿真模型中，以当前转速的偏差e和偏差的变化率ec作为输入，定义e和ec的模糊量的模糊子集为|NB，NM，NS，ZO，PS，PM,PB|，并将它们映射到论域[-3，3]上。

 

 

    如图2所示，以模糊控制器的输出kp、ki、kd作为常规PID控制器的比例、积分、微分参数的修正值输入量，kp、ki、kd的模糊子集定义为|NB,NM,NS,ZO，PS,PM,PB|，也将它们的论域映射到[-3，3]上。模糊控制的核心是模糊控制规则，控制规则的选取直接决定控制效果的好坏，参数kp、ki、kd的值是输入偏差e和偏差的变化率ec经过模糊控制规则计算出来的，其中kp、ki、kd。的整定原则如下：

 

    (1)|e|很大时，无论ec如何，都应采取最强的控制，使误差****值以