基于神經網(wǎng)絡的感應電動機直接轉矩控制研究

摘要：概述了感應電動機在直接轉矩控制(DTC)的控制規(guī)律。為提高感應電動機在DTC方式下的低速性能，在對感應電動機定子磁場定向控制進行了比較深入的分析后，提出了采用神經網(wǎng)絡來處理DTC復雜計算的控制策略。仿真和實驗結果表明，該方法能進一步改善感應電動機DTC的性能。
關鍵詞：電動機；變頻；直接轉矩控制；神經網(wǎng)絡控制

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

2 系統(tǒng)結構及工作原理
基于神經網(wǎng)絡控制的DTC系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。

系統(tǒng)由速度給定值與轉子反饋的速度信號形成誤差信號，經過神經網(wǎng)絡控制器的控制處理后獲得轉矩的給定值T*，轉矩調節(jié)器的輸入信號T*與轉矩反饋值T的信號差為ET。調節(jié)器的輸出信號是轉矩開關信號，磁鏈調節(jié)器采用施密特觸發(fā)器，容差±ε，通過磁鏈調節(jié)器的兩點式調節(jié)，將磁鏈波動限定在±ε內，達到控制磁鏈的目的。開關狀態(tài)選擇單元采用離散的三點式調節(jié)方式。根據(jù)轉矩調節(jié)器、定子磁鏈調節(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、電壓型逆變器構成主回路。整個系統(tǒng)按功率電路板、DSP控制板、電源、保護電路及信號檢測電路等進行模塊化設計。
在該系統(tǒng)中，設置的轉速調節(jié)器的輸出作為電磁轉矩的給定信號，用神經網(wǎng)絡控制器取代通常的PI調節(jié)器，設置轉矩控制內環(huán)。它可以抑制磁鏈變化對轉速子系統(tǒng)的影響，從而使轉速和磁鏈子系統(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系下電流iα1，iβ1和電壓uα1，uβ1的非線性函數(shù)。電磁轉矩可轉換成兩相電流和磁鏈的非線性函數(shù)。感應電動機在定子坐標系下的方程為：