交流电动机自适应控制技术的发展现状及应用
交流电动机变频调速技术的发展
交流电动机变频调速技术的发展随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。
本文将介绍交流电动机变频调速技术的发展背景、基本原理、应用场景、案例分析以及交流讨论，以期读者能深入了解该技术的应用和发展前景。
交流电动机变频调速技术是一种通过改变电源频率来调节交流电动机转速的技术。
其基本原理基于交流电动机的转速与电源频率成正比关系，通过改变电源频率，可以实现对电动机转速的平滑调节。
目前，常见的交流电动机变频调速方法有直接电源变换型和间接电源变换型两种。
直接电源变换型是通过改变电源的频率和幅值来直接驱动电动机，而间接电源变换型则是通过先转换成直流，再通过逆变器转换成交流来驱动电动机。
两种方法各有优缺点，直接电源变换型具有高效率和快速响应特点，但需要使用昂贵的电力电子设备；而间接电源变换型虽然需要两级转换，但其控制精度高且成本较低。
交流电动机变频调速技术被广泛应用于各种领域。
在工业生产中，该技术用于驱动各种泵、风机、压缩机等设备，实现生产过程的自动化和节能；在交通运输业中，交流电动机变频调速技术用于驱动地铁、轻轨、动车等城市轨道交通车辆，提高运行效率和乘坐舒适度；在电力系统中，该技术用于调节负荷和功率因数，提高电网运行效率和稳定性；在环保领域，交流电动机变频调速技术用于驱动环保设备，如污水泵、除尘器等，实现环保工程的自动化和节能。
随着技术的不断发展，交流电动机变频调速技术的应用前景将更加广阔。
以地铁车辆为例，交流电动机变频调速技术被广泛应用于地铁电传动系统中。
通过使用该技术，地铁车辆能够根据运行需求自动调节速度和加速度，提高运行效率和乘坐舒适度。
同时，该技术还具有对电网的友好特性，能够实现能量的高效回馈，降低能源消耗。
在应用交流电动机变频调速技术时，有一些问题需要注意。
由于该技术的应用涉及到大量的电力电子设备，因此需要充分考虑其可靠性、稳定性和耐久性。
由于不同的应用场景对电动机的调速性能和节能效果有不同的要求，因此需要根据实际情况选择合适的变频器和控制系统。
现代交流调速技术的现状与发展
现代交流调速的现状与发展一、现代交流调速技术的历史在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
从19世纪90年代初第一条三相输电线路建成到20世纪60年代末电力工业的发展大体形成这样的格局：99.999％的电能由同步电机发出，其中60％～70％的电能通过各种电机加以利用，交流电机占80％左右，但是大多数为人为不变速的异步电机直接拖动。
剩余20％需要变速运行的高性能传动系统中，直流电机一直占据主导地位。
直流电动机具有调速优良，数学模型简单，转矩易于控制的优点。
其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦。
也正是由于这个特点使得直流电动机存在着不可避免的缺陷：机械换向器和电刷造价偏高；维护困难；使用环境受限；寿命短；在容量发展上受限制。
直到1960年，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。
随着电力电子技术的发展，使得采用半导体开关器件的交流调速系统得以实现。
交流电动机的调速系统不但调速性能可以与直流电动机调速系统相媲美，而且和直流电动机相比还具有结构简单、坚固耐用、体积小、转动惯量小、价格低廉、重量轻、动态响应好、维护费用低，可靠性高的优点。
近年来，模糊控制、专家系统和神经网络的应用，使运动控制系统向智能化的方向发展。
在现代运动控制系统中，常使智能控制与传统PI控制相互结合，取长补短，既保证了系统的控制精度，又增加了系统的自学习、自调整及决策能力，提高了系统的鲁棒性。
目前在电气传动领域中，现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。
二、现代交流调速技术的现状进入21世纪以后，交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。
目前，交流调速系统的应用领域主要有以下三个方面：1）一般性能调速和节能调速；2）高性能的交流调速系统和伺服系统；3）特大容量、极高转速的交流调速。
交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类，而两类电动机又有不同类型的调速方式。
交流电动机自适应控制技术的发展现状及应用
机数学模型的控制 ， 三相感应 电动机 的转子磁场 定向受转子 电阻变化的影响很大 ， 至今还是一个 有待解决的技术问题。在无传感器控制 中， 精度 和速度的估计也受电机参数的变化影响很大。 因此 ， 必须进一步解决高性能伺服驱动 系统 中的非线性、 参数变化、 扰动和噪声等控制问题 ， 才能进一步提高伺服驱动系统的控制精度和控制 性能 。为此 ， 人们运用现代控制理论 ， 不断寻求更 先进的控制方法 ， 自适应技术被更 多的运用到 电 机控制中， 成为一种发展方 向。
ｂ ｃ ｍｅ ｅｄ ｖ ｐｎ ｅ ｄ ｏ ｄ ｍ ｔｒｃ ｎｒ １ ｎ ｔｉ ｐ ｐ ｒ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｔｔ ｅ ｏ ｓｔ ｅ ｄｏ ｉｇｔ ｎ ｍｏ ｅ ｍｏｏ ｏ ｔ ．Ｉ ｓ ａ ｅ ， ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ａｅｏ ｈ ｒ ｆ ｏ ｈ ｓ ｆ
ａ ａ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒｌｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｄ ａ ｐ ｉ ａ ｏ ｓｏ ｒ ｅ ｃ ｍｍｏ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｓａ ｅ ｄ ｓ ｄ ｐ ｖ ｏ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ａ ｐ ｌ ｔ ｎ ｔ ｅ ｏ ｉ ｏ ｙ ｎ ｃｉ ｆ ｈ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｔｃ ｎ ｌ ｇｅ ｌ ｉ－
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔＳ ａ ｅａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｏ ｆＡｄ ｐ ｖ ｖ ｌ ｐ ｎ ｔ ｔ ｎ ｐｉ ｔ ｎ ｏ ｃｉ ａｔ ｅ ｉ Ｃｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｎ ｒ ｌＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ＡＣ ｏｏ Ｍ ｔｒ
Ｗａ ｇ 】 ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉ ｅｆｒ ｅ ｒｖ ｍｅ ｔｏ ｉｈ－ｅｆｒ ｎ ｅＡＣ ｓｒｏｄ ｉｅ ｙｔｍ ｓｒ ｃ ｔ ｔ ｔ ｒｉ ｏ ｅ ｎ ｆ ｓ － ｒｏｍａ ｃ ｅｖ －ｒｖ ｎｓ ｓ ｈｈ ｕ ｈ ｍｐ ｈ ｐ － ｅ
现代交流电机控制的现状与展望
目前。大功率半导体器件又向集成化智能化方向
中丰富的控制工具，充分利用其工具箱，即达到实时 仿真的目的又可以加快开发过程。目 前国际上也己有
此方面的论文。
发 智能功率模块（ Ｍ 是向 代器件功率 展。 Ｉ ） 第四 Ｐ 集成电 路Ｐ ） 过 （Ｃ的 渡产品。 是微电 Ｉ 它 子技术和电 子 术 力电 技
适当的接口卡，将计算机的信号输出到合适的控制系 统的执行部分，就可以实现在线仿真。也就是说， 将 用 Ｓ ｕｎ 建立起来的仿真用的控制系统，变成了实 ｉ ｌｋ ｍｉ
实在在的控制算法，如能仿真通过，直接就可以变为
［ ４ 」苗晓燕，王小椿． 智能功率模块在 Ｖ Ｖ Ｖ Ｆ变频器设
计中 选用Ｊ微特电 １ ８７ ） ３ 一３ ［． 的 ］ 机， ９ ，（ ： １ ９２ ２ ０ ．
【 考 文 献］ 参
［ Ｔ Ｓ２Ｃ ４ ． Ｐ ｎ ｏ ｅ Ｍ］Ｔ Ｇ ｉ Ｂ ｏ． １ Ｍ ０ ２ｘ Ｄ Ｃ ｔ ｌｒ ． ｕ ｅ ｋ ］ ３ Ｓ ｏ ｒ ｌ［ Ｉ ｄ ｏ
１９ ． ９８
大家都知道 Ａ Ｌ Ｂ软件中有一个 Ｓ ｕｎ， Ｍ Ｔ Ａ ｉ ｌｋ 它 ｍ ｉ 是非常友好的图形界面仿真工具。但辛辛苦苦建立起 来的控制系统只能在计算机中以纯数学的方式仿真，
令周期内完成，并且通过并行处理技术，使一个指令 周期内可完成多条指令．Ｄ Ｐ采用改进的哈佛结构， Ｓ 具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数 据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使 Ｄ Ｐ器件具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂 Ｓ
产出Ａ Ｍ ｘ系列电机控制专用 Ｄ Ｐ Ｄ Ｃ ｘ ３ Ｓ，性能与 Ｔ Ｉ 公司的产品相差不大， 也是基于Ａ Ｄ公司的 １ 位定点 ６ Ｄ Ｐ Ａ Ｓ２７来设计的， Ｓ 核 Ｄ Ｐ １１ 此外还集成了三相Ｐ Ｍ Ｗ
交流电机控制技术发展概况
关 键 词 :电机控制；无速度传感器；智能控制
1 概述
生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统 得系统低速性能有所改善。但是，控制系统性
电机控制是一个不断发展的课题。而交流 结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注和 能、计算量大小、计算速度快慢与所选神经网络
电机控制具有种种优点，是近年来国内外研究 迅速的发展。
的调整，特别是低速时由于定子电阻和逆变器 现在研究的热门课题。
的研究方向。随着现代电力电子技术、交流变频
电力电子器件开关延时的存在，系统可能会发
3 无速度传感器技术
调速技术的飞速发展和现代控制理论、高速微
生不稳定现象。滑差频率控制引入了速度闭环，
近十几年来，各国学者和技术人员还致力 处理器的普及应用，交流调速电气传动的应用
制技术也得到突破性进展。20 世纪 70 年代提 稳态方程的滑差频率估计方法，在无速度传感 顾与展望[J].光机电信息,2002,6.
出的交流电机矢量控制系统，应用坐标变换将 器控制领域作出了首次尝试，调速比可达 10: [5]李华德.交流调速控制系统[M].北京:电子工
三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场 1，恒其出发点是稳态方程，故调速范围比较小， 业出版社，2003
制，属于稳态控制的范围，电机动态性能不佳成 速。
2024年多相交流电动机市场发展现状
多相交流电动机市场发展现状引言多相交流电动机是现代工业中广泛应用的一种动力装置，通过将电能转变为机械能，实现对各类设备和机械的驱动。
随着工业化程度的提高和环境保护意识的增强，多相交流电动机市场呈现出持续增长的趋势。
本文将介绍多相交流电动机市场的发展现状，并对未来的趋势进行分析。
多相交流电动机市场概述多相交流电动机市场是全球电机市场中的重要组成部分。
其主要应用领域包括工业生产、农业机械、交通运输以及家庭电器等。
这些领域对电机的需求量大、规格多样，推动了多相交流电动机市场的发展。
多相交流电动机市场的发展历程多相交流电动机市场的发展历程可以分为三个阶段：1.初级发展阶段：20世纪80年代至90年代初，多相交流电动机市场起步阶段。
行业主要集中在欧美国家，产品主要应用于工业制造和交通领域。
2.增长阶段：90年代中期至2010年，多相交流电动机市场迅速增长。
中国、印度等新兴经济体开始积极发展多相交流电动机产业，并逐渐成为全球市场的重要参与者。
3.现代化阶段：2010年至今，多相交流电动机市场进入现代化阶段。
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，多相交流电动机市场呈现出创新和多元化的发展趋势。
多相交流电动机市场的应用领域1.工业制造：多相交流电动机在工业自动化生产线上广泛应用，如机床、搬运设备、包装机械等。
2.农业机械：多相交流电动机在农业生产中的应用包括农用拖拉机、农用机械等，提高了农业生产效率。
3.交通运输：电动汽车是多相交流电动机在交通运输领域的典型应用，随着电动汽车市场的快速发展，对多相交流电动机市场的需求也在不断增加。
4.家庭电器：多相交流电动机在家庭电器中的应用包括洗衣机、冰箱、空调等，在提高生活质量的同时也带动了市场的增长。
多相交流电动机市场的发展趋势1.技术创新：多相交流电动机市场的发展将继续受到技术创新的推动，如高效节能技术、智能控制技术等，以满足用户对电机性能和可靠性的要求。
2.产业升级：随着经济的发展和需求的不断增长，多相交流电动机市场将继续实现产业升级，提高产品质量和市场竞争力。
交流感应电机控制系统发展现状和前景【最新版】
交流电机控制系统发展现状和前景由于近期研究成果的大量涌现，人们现在对直接转矩控制的认识更加深刻，对各种局部性能的改善也有了更多的选择方案。
因此，追求整体性能最优将成为今后直接转矩控制研究的主要方向。
通过改进系统各组成环节的内部结构来提高系统性能，其效果是非常有限的，从软件方面着手改进系统将是今后的大势所趋，智能控制会发挥越来越大的作用，成为整个系统的控制核心。
近几年发展起来的将神经网络和模糊控制结合起来的神经网络或神经网络模糊控制肯定会成为直接转矩控制的重要手段，用DSP实现的直接转矩控制系统的全数字化也是一个重要的发展方向。
交流电机控制系统发展现状和前景1.交流电机的控制方法的发展（1）恒定压频比控制方式，它根据异步电机等效电路进行变频调速。
其特点是：控制电路结构简单、成本较低。
电压是指基波的有效值，改变电压只能调节电动机的稳态磁通和转矩，而不能进行动态控制。
控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高。
（2）矢量控制方式。
交流传动控制理论及实践终于在70年代取得了突破性的进展，即出现了矢量控制技术。
其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可以等效为一台直流电动机。
矢量控制的方法实现了异步电机磁通和转矩的解耦控制，使交流传动系统的动态特性得到了显著的改善，开创了交流传动的新纪元。
然而，在实际系统中，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量旋转变换的复杂性，使得实际的控制效果不如理论分析的好。
这是矢量控制技术在实践上的不足之处。
交流传动领域的专家学者也都针对矢量纯电动汽车交流异步电机及整车总成控制器的开发技术研究控制上的缺陷做过许多研究，诸如进行参数辨识以及使用状态观测器等现代控制理论，但是这些方案的引入使系统更加复杂，控制的实时性和可靠性降低。
交流电动机传动系统的控制技术发展综述
目录1 引言 (1)2异步电动机传动系统的控制策略 (1)2.1 转速开环恒压频比控制 (1)2.2转速闭环转差频率控制 (2)2.3 矢量控制 (3)2.4直接转矩控制 (3)2.5 基于无速度感器的交流传动控制技术 (5)3 同步电动机传动系统的控制策略 (6)4 总结与展望 (8)参考文献 (9)交流电动机传动系统的控制技术发展综述刘雪松大连交通大学1 引言现代电力电子技术的迅猛发展，新型电力电子器件不断问世，为交流传动奠定了坚实的物质基础；控制理论的逐步完善大大提高了交流传动系统性能；现代信息技术日新月异的发展，为控制系统技术的进步提供了保障；交流电机自身无可争辩的优势,是拓展交流传动系统的良好基础。
交流传动系统在性能上也已取得了长足发展，具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好技术性能，其动、静态特性完全可以和直流传动系统相媲美，被人们提了多年的“交流传动取代直流传动”的愿望正在变为现实。
交流传动系统之所以能有如此巨大进步,主要得益于电力电子学、微电子学和控制理论的惊人发展,尤其是先进控制策略的成功应用。
纵观交流电机控制策略的发展，先后涌现出大量的方式方法，其中具有代表性的有：转速开环恒压频比(U/f=常数)控制、转差频率控制、矢量控制(磁场定向控制)、直接转矩控制等。
此外，无速度传感器的交流传动控制技术也已成为近年研究热点。
这些策略各有优缺点，在实际应用中必须根据具体要求适当选择，才能实现最佳效果，能全面了解上述各种控制策略非常重要。
本文正是基于此目的，对交流电机的各种控制策略进行了较为全面的综述与比较，力图反映交流传动在控制策略方面的最新研究进展。
2异步电动机传动系统的控制策略2.1 转速开环恒压频比控制最简单的异步电动机变压变频调速系统就是恒压频比控制系统。
为了满足低速时的带载能力，还须备有低频电压补偿功能。
转速开环恒压频比控制调速系统通常由数字控制的通用变频器-异步电动机组成，需要设定的控制信息主要有U/f特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
交流电动机自适应控制技术的发展现状及应用王佳子哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨(150040)摘 要 随着高性能交流伺服驱动系统对控制精度和控制性能要求的进一步提高,自适应控制技术的应用成为现代电机控制的发展方向。
详细论述了自适应技术的发展现状、三种常用技术在电机控制中的运用,并对自适应控制未来的发展趋势进行了预测。
关键词 自适应控制技术;自调节控制;模型参考自适应;滑模变结构中图分类号T M301.2 文献标识码A 文章编号100827281(2008)0620037204D evelop m en t St a te and Appli ca ti on of Adapti veCon trol Technology on AC M otorW ang J iaziAbstract W ith the further i m p r ove ment of high2perf or mance AC servo2driven syste m on contr ol accuracy and contr ol perf or mance,the app licati on of adap tive contr ol technol ogy becomes the devel op ing trend of modern mot or contr ol.I n this paper,devel opment state of adap tive contr ol technol ogy and app licati ons of three common contr ol technol ogies are dis2 cussed in detail.Finally,its future devel opment trend is f orecastKey words Adap tive contr ol technol ogy;self2adjusting contr ol;model reference a2 dap tive syste m;sliding model structure.0 引言矢量控制技术的广泛应用,使得交流伺服驱动系统逐步替代直流系统。
尽管矢量控制使交流电动机具有了良好的动态性能,但交流电动机自身的严重非线性特性仍然存在,在不同条件下,系统的某些非线性因素仍然是进一步提高其稳态和动态性能的很大障碍[1]。
矢量控制是一种基于电机数学模型的控制,三相感应电动机的转子磁场定向受转子电阻变化的影响很大,至今还是一个有待解决的技术问题。
在无传感器控制中,精度和速度的估计也受电机参数的变化影响很大。
因此,必须进一步解决高性能伺服驱动系统中的非线性、参数变化、扰动和噪声等控制问题,才能进一步提高伺服驱动系统的控制精度和控制性能。
为此,人们运用现代控制理论,不断寻求更先进的控制方法,自适应技术被更多的运用到电机控制中,成为一种发展方向。
1 发展现状近年来,围绕着矢量变换的缺陷,如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等问题,国内外学者进行了大量的研究,许多国内外公司的研究人员也开发出了多种磁通辨识与转速估计方法。
应用较为广泛的磁通辨识模型包括:开环电压模型、闭环复合模型以及自适应磁通观测模型。
另外,以磁场定向为基础的转速估计法由于其快速性与较高的准确度,已成为行业设计的主流。
无论是磁通辨识还是速度估计,对参数的依赖性都较强。
正因为如此,无速度传感器矢量控制技术(S VC)与采用速度或位置传感器的闭环磁通矢量控制(F VC)相比,前者对电机参数的变化更为敏感,在速度调节与转矩响应等动态指标上要落后于F VC控制。
目前业界对S VC参数整定的设计包括初始整定与在线整定两种,在初始整定中,一些厂家只需输入电机铭牌参数;另外一些厂家则需要进入单独的静止、旋转参数辨识(离线辨识)。
例如,GE Fuji公司生产的AF2300 G11动态转矩矢量控制驱动器中提供离线与在线整定两种方式。
该产品有一个子程序跟踪电机运行状态,观测由于温度或负载变化引起的参数变化,通过在电机运行过程中不断刷新电机参数,并利用其独特的数学模型调节电压及电流,达到优化电机低速运行性能的目的。
Schneider公司的73第三代A ltivar无速度传感器驱动产品具有自调节特性,确保驱动器在电机运行参数随时间发生变化的情况下仍然能够持续优化电机运行特性,控制算法在设定速度上计算优化的电机电压以获得最大的转矩输出,且电机的模型已经考虑了热效应的影响。
尽管采用了自适应的精确电机模型,目前最高水平的S VC控制在动静态特性上与F VC仍然存在一定差距,这在低速运行区域尤为明显。
S VC低速能力的极限同样与负载惯性及变化情况等因素有关。
就转矩控制而言,在1Hz运行相对容易一些,0.5Hz附近有可能,视具体应用场合,但是远低于这一速度的转矩控制对S VC将变得较困难。
如果要想在零速附近(通常指低于基速的5%)获得满转矩与非常精确的转矩控制,或者是达到额定速度0.01%的稳速精度,则码盘反馈是必须的。
有关参数自适应这方面的研究仍在深入,如何提高S VC系统的适应性、鲁棒性无疑是一个重要的研究课题。
2 几种自适应技术在交流电动机中的应用2.1 自调节控制这种方法可以在线调节控制器的参数,从而自动适应被控对象参数的变化。
图1是自调节控制原理图,基本上它由被控对象参数辨识算法和控制器自适应算法两部分组成。
其中,参数辨识算法在线估计被控对象参数的变化,由此改变系统的控制参数以获得良好的系统性能。
控制器可以采用以下控制律:P I控制、P I D控制、滞环控制、基于极点配置的控制,或是基于零极点对消法设计的控制。
P I或P I D控制算法的问题在于被控系统的传递函数和控制器参数之间没有确定的数学关系式,其控制器参数的更新依赖于搜索算法,从而难以满足实时性要求[2]。
其余几种控制器都能在被辨识的系统参数基础上,直接计算得到新的控制器参数。
计算的复杂性和由此带来的时间滞后对于实时性要求不高的过程控制系统而言没有太大问题,但是对于快速系统,要在线完成复杂的自适应算法就比较困难。
图1 自调节控制结构图2.2 模型参考自适应控制模型参考自适应系统[3](MRAS)是从20世纪50年代后期发展起来的,这类系统的主要特点是采用参考模型,由其规定了系统所要求的性能。
1989年,国外学者首次利用一种基于模型参考自适应系统来估计转速,其基本结构如图2所示。
其中,参考模型和可调模型(自适应模型)被相同的外部输入u所激励,x和^x分别是参考模型和可调模型的状态矢量。
参考模型用其状态x规定了一个给定的性能指标,这个性能指标与测得的可调系统的性能^x比较后,将其差值矢量v输入自适应机构,由自适应机构来修改可调模型的参数,使它的状态^x能够快速稳定地逼近x,也就是使差值v趋近于零。
图2 MRAS基本结构能否构成品质优良的自适应控制系统,关键问题之一是图2中自适应机构所执行的自适应规律的确定。
如何设计合适的自适应规律,通常有三种基本方法:以局部参数最优化理论为基础的设计方法;以李雅普诺夫函数为基础的设计方法;以超稳定与正性动态系统理论为基础的设计方法。
第一种设计方法有梯度法、最速下降法和共轭梯度法等,可使可调系统快速理想地靠拢参考模型。
但这种方法有个致命的缺点,就是不能保证自适应系统的稳定性。
第二种和第三种设计方法能够成功地用来设计稳定的MRAS,因为MRAS 自身就是一个时变的非线性系统,其稳定性问题是系统固有的也是首要解决的问题,获得了广泛应用。
83图3是图2的一个具体应用,是利用转子磁链矢量估计转子速度。
由图3可以看出,磁链误差信息εω(Ψ^r ×Ψr )比例于转子磁链矢量Ψ^和Ψr 间的角偏差,εω经过P I 调节器后产生转速信号^ωr ,这个调整信号会使可调模型估计的Ψ^r 与参考模型的Ψr 趋向一致,令转子磁链误差εω能够收敛于零,也就会使转速估计^ωr 很快逼近于实际值ωr 。
图3中的自适应机构是个P I 调节器,选择了比例积分作为自适应规律,在这一自适应规律的作用下,MRAS 是渐进稳定的反馈系统。
可调参数^ωr 会使可调模型的状态趋向于参考模型,因为参考模型是规定的理想模型,所以在两个模型状态矢量误差的收敛过程中,作为可调参数(辨识参数)的^ωr 会逐步逼近于真实值ωr。
图3 转子速度估计框图我们知道,在模型参考自适应系统中参考模型应给出规定的电动机状态,为此参考模型应该是理想的,但是在参考模型中的定子电阻是个变化的参数,若定子电阻值不准确,在低频时对积分结果影响会很大。
若采用纯积分器,必然会引起误差积累或直流漂移问题;若采用一阶滞后环节代替纯积分器,虽然可以有效克服积分器的部分缺陷,但在频率接近或低于截止频率时,所产生的幅值和相位偏差会严重影响磁链估计的精确性。
当MRAS 用于矢量控制转速估计时,在动态过程中电动机反向快速通过零点是可能的,但接近于零速的稳定运行是不可能的。
2.3 滑模变结构控制滑模变结构控制(S MC )实际上是一种自适应控制方法,它的优点在于由它控制的系统对参数变化和负载扰动具有鲁棒性[4]。
这种控制属于非线性控制,适用于线性或非线性的被控对象。
S MC 采用一种开关控制算法,使系统响应在相平面里跟踪预定的轨迹或“参考模型”,而不受被控对象的参数变化和负载扰动的影响。
作为控制芯片的DSP 可以检测到实际轨迹与参考轨迹之间的偏移,并相应地改变开关策略以减小偏移并实现跟踪。
在控制性能上S MC 与模型参考自适应控制基本相似,但S MC 的设计和实现较为简单。
S MC 适用于直流电机、异步电机和同步电机的伺服系统控制,这些系统可以用于机器人、机床等应用领域。
对于异步电动机来说,当采用转子磁场定向的矢量变换控制时,由于其转子电阻极易随温度的变化而变化,电动机参数的变化使得解耦条件发生变化,故按不变参数设计的控制系统的性能将发生变化。
图4为转子磁链采用滑模变结构控制的矢量变换控制系统[5]。
该系统包括三个闭环,其中速度闭环和转矩电流闭环采用传统的比例积分调节,磁链闭环采用滑模变结构控制,使转子磁链的控制对转子参数的变化不敏感。
转子磁链的检测采用了磁链观测器,变频控制采用的是电压控制型逆变器,逆变器的控制输入是SP WM 方式控制的三相参考正弦信号。
图4 滑模变结构控制系统根据异步电动机在同步旋转坐标系中的电压平衡方程式,可以得到按转子磁场定向时的转子磁链表达式 Ψ2=L m1+T 2pi M 1(1)用定子电流和转子磁链表示的电磁转矩为 T e =K T Ψ2i T 1(2)可以看出,转子磁链的控制与电磁转矩的控制是解耦的,但是转子时间常数T 2的变化会影响Ψ2的控制,即破坏解耦条件。