基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究

摘要：概述了感應(yīng)電動機(jī)在直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)的控制規(guī)律。為提高感應(yīng)電動機(jī)在DTC方式下的低速性能，在對感應(yīng)電動機(jī)定子磁場定向控制進(jìn)行了比較深入的分析后，提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理DTC復(fù)雜計算的控制策略。仿真和實驗結(jié)果表明，該方法能進(jìn)一步改善感應(yīng)電動機(jī)DTC的性能。
關(guān)鍵詞：電動機(jī)；變頻；直接轉(zhuǎn)矩控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

1 引言
DTC技術(shù)利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計算并控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。采用離散的兩點式調(diào)節(jié)器(Bang-Bang控制)，將轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)，并產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，這樣就獲得了高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。其控制效果取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況，它無需將交流電動機(jī)與直流電動機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動機(jī)的控制。由于省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與解耦，從而簡化了異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，因此其控制結(jié)構(gòu)簡單，控制信號處理的物理概念明確，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜態(tài)、動態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的DTC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)由速度給定值與轉(zhuǎn)子反饋的速度信號形成誤差信號，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的控制處理后獲得轉(zhuǎn)矩的給定值T*，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號T*與轉(zhuǎn)矩反饋值T的信號差為ET。調(diào)節(jié)器的輸出信號是轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號，磁鏈調(diào)節(jié)器采用施密特觸發(fā)器，容差±ε，通過磁鏈調(diào)節(jié)器的兩點式調(diào)節(jié)，將磁鏈波動限定在±ε內(nèi)，達(dá)到控制磁鏈的目的。開關(guān)狀態(tài)選擇單元采用離散的三點式調(diào)節(jié)方式。根據(jù)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、定子磁鏈調(diào)節(jié)器的輸出及定子磁鏈的扇區(qū)位置來選擇合理的逆變器開關(guān)狀態(tài)，用以輸出合理的電壓空間矢量。系統(tǒng)以TMS320LF2407A型DSP為核心組成控制器，由整流器、電壓型逆變器構(gòu)成主回路。整個系統(tǒng)按功率電路板、DSP控制板、電源、保護(hù)電路及信號檢測電路等進(jìn)行模塊化設(shè)計。
在該系統(tǒng)中，設(shè)置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器，設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)。它可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似的解耦。
因為定子磁鏈可表示為兩相靜止坐標(biāo)系下電流iα1，iβ1和電壓uα1，uβ1的非線性函數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩可轉(zhuǎn)換成兩相電流和磁鏈的非線性函數(shù)。感應(yīng)電動機(jī)在定子坐標(biāo)系下的方程為：