2型双馈感应电机的模糊逻辑控制器

文摘

区间二型模糊逻辑控制器(IT2FLC)方法控制速度的直接定子磁通定向控制双馈式感应电动机(DFIM)提出。模糊控制器已经证明了它们的有效性在非线性系统的控制,在许多情况下,这是证明他们的鲁棒性和性能在传统的控制器参数变化不太敏感。合成的稳定控制律设计基于IT2FLC发达。1型模糊逻辑控制器之间的比较分析(T1FLC)和IT2FLC DFIM显示。仿真结果表明提出的可行性和有效性的控制方法DFIM在不同操作条件下负载转矩和等参数变化的存在。

1。介绍

从工业化的早期,研究人员面对“如何控制电机速度变量。“电动驱动器需要高性能,提高可靠性和降低成本。在这些机器中,双馈感应电机(DFIM) [1- - - - - -3)与绕线转子异步机,可以同时提供由定子和转子与外部源电压(4]。这是第一个研究作为高速电机。这台机器的很多好处是降低了生产成本,相对简单的结构,更高的速度,不需要持续维护。近几十年来,随着电力电子技术的进步和微机,DFIM成为可能的不同的应用程序。他们的兴趣主要在于速度控制选项和无机械传感器以及政权在电动机或发电机操作通量控制能力不足和hypersynchronous特性(5]。操作速度不同变换器PWM(脉冲宽度调制)必须之间插入机器和网络。无论机器的速度,电压整流和逆变器连接到网络侧负责确保一致性的网络频率和交付的设备。DFIM本质上是非线性的,由于流量之间的耦合和电磁转矩。矢量控制或磁场定向控制允许转矩之间的解耦和流量(6,7]。

磁场定向控制(FOC)方法,感应电机驱动器正在成为一个主要候选人在高性能运动控制应用程序,在伺服质量操作是必需的。快速瞬态响应是由分离的转矩和磁通控制成为可能。应用最广泛的控制方法也许是比例积分(PI)控制。很容易设计和实现,但它有困难在处理参数变化和负载扰动(8]。最近的文献多关注潜在的机械传动的模糊控制应用程序。

在电机控制领域,研究越来越面向现代控制技术的应用。这些技术涉及计算机和电力电子的发展。这使得领先制造商高性能过程。这些技术都是线性控制(1),滑模控制(1,4),反馈线性化、自适应控制和模糊控制(9]。最后一个模糊逻辑控制器(方法)通常为非线性系统给出更好的结果变量参数。DFIM是否一个理想人选的测试性能的模糊逻辑控制器(10]。传统的1型模糊逻辑系统可以用来识别这种高度非线性系统的行为与各种类型的不确定性。然而,1型模糊集不能完全捕捉到不确定性系统中由于不精确的隶属度函数和知识库;因此,更高类型的模糊集必须被考虑。很明显,模糊集上的操作计算复杂性的增加与增加模糊集的类型。在这个工作,简单性和效率来捕获DFIM的严重非线性,将使用区间二型模糊集。直到现在,二型模糊逻辑系统已经用于控制应用程序很少,如非线性控制和速度控制的机器。尽管如此,仍有可能实现鲁棒性和高效的动态使用控制技术,不需要详细的模型。这与本文提供的控制器设计一个区间二型模糊逻辑控制器实现DFIM的速度稳定。目前的工作处理一个区间二型模糊逻辑控制器(IT2FLC)方法控制DFIM的速度矢量控制模式。

本文组织如下。节2数学模型,给出了DFIM。节3,我们首先DFIM面向模型的矢量控制;下一个定子磁通估计。介绍了许多人工智能控制器的基础部分4。区间二型模糊逻辑系统和2型模糊推理引擎介绍部分5该控制器的设计过程和仿真结果给出了部分6。最后,一些结论是在部分7。

2。DFIM的描述和建模

培训的高功率随着轧机,有一个新颖的解决方案使用双馈感应电动机(DFIM)。定子由固定网络和饲料供应转子通过一个变量可以是电压或电流源。

的电气模型DFIM呈现在图1表达(- - - - - -同步旋转坐标系)。

2.1。参考固定相对于旋转磁场()

参考相关的旋转磁场,电方程推导如下: 在哪里,,,表示定子电流,转子电流、定子终端电压,分别和转子终端电压。下标的和定子和转子,下标和支持向量分量对固定定子坐标系(12]。

通量的表达式 ,,,,表示定子,转子磁通、定子电感、转子电感和互感。

更换(2)和(1),我们得到 在哪里,,,表示定子脉动,转子脉动,定子电阻、转子电阻,分别。

2.2。DFIM模型状态方程的形式

DFIM控制变量是定子和转子电压(10通过考虑以下:(我)一组输入输出电流解耦电流。(2)()框架与定子磁通定向。(3)由于巨大的差距之间的机电时间常数,速度可以被视为不变的状态向量。

在这种情况下,机器的电气方程所描述的是时间变量状态空间系统中所示

在哪里,,,,,代表了状态向量,系统状态演化矩阵,矩阵的控制、矢量控制系统的输出向量,矩阵和输出(观测矩阵),分别 使用频繁采用的假设,就像正弦信号盟友分布气隙磁通密度分布和线性磁条件,并考虑定子电压()和转子电压(,)作为控制输入和定子电流(,)和转子电流(,)作为状态变量。

从矩阵表示, 让 然后(4)成为 在类比(8)和(4)我们发现和(12]: 在哪里 和定子和转子环电感;是重新定义了泄漏的因素(10]。

DFIM生成的转矩可以表示的定子电流和定子磁链 是极对的数量。此外,机械动力学方程给出 ,,,表示的转动马达,电磁转矩,外部负载转矩,分别和粘滞摩擦系数。是机械的速度。

3所示。通过直接定子磁通矢量控制方向

为了简化控制我们需要作出一个明智的选择参考。为此,我们把自己在一个引用()相关通量定子的旋转磁场的方向,根据定子磁通定向的条件(14,15]: 通过替换(13)和(1我们获得 转矩方程变得 方程(3)是 根据(2)的定子磁通 从关系(17)和(3), 转子电流之间的关系 机械速度之间的关系 在哪里和分别定子和转子时间常数(10]。

3.1。定子磁通估计量

直接矢量控制定子磁通定向DFIM,精确的知识振幅和定子磁通矢量的位置是必要的。DFIM在运动模式下,定子和转子电流测量而定子磁通可以估计10]。通量估算可能通过以下方程: 位置计算定子磁通由以下方程: 在这 和电机定子位置;是电机转子的位置。

4所示。二型模糊逻辑控制器的上下文

经典的模糊逻辑现在称为1型推广一种新型的模糊逻辑称为模糊logic-2。近年来,孟德尔et al。16,17)和他们的同事们一直在研究这个新逻辑;他们已经建立了一个理论基础,并演示了其1型模糊逻辑的有效性和优越性。这是新的2型模糊系统的原理是fuzzy-1集成员值。二型模糊集是非常有效的情况下,很难确定准确的模糊集的隶属度函数;因此,他们非常有效的将不确定性(13]。

二型模糊集的概念引入了陈守煜(et al。13,18,19)作为普通的一个扩展名为fuzzy-type-1模糊集的概念。二型模糊集的特点是一个模糊隶属函数;,会员的价值(隶属度)的一组的每个元素是一个模糊集。这样设置可以在我们有不确定性的情况下使用相同的成员的值。形式的不确定性可以隶属函数或它的一个参数(13]。

考虑到从正常集过渡到模糊集。当我们不能确定元素的隶属程度与一组0或1,使用模糊集1型和实数的模糊隶属度函数,我们使用模糊集2型。所以在理想情况下,我们需要使用模糊集类型-∞完成表示的不确定性。当然,在实践中我们不能意识到这一点,因为我们必须使用有限类型的模糊集。因此,1型模糊集可以被认为是一个一阶近似的不确定性,而2型模糊集将被视为一个二阶近似(13]。

二型模糊集的广义形式1型(傻人作为一个额外的自由度)。数学,二型模糊集,表示特点是2型隶属函数,在那里和:也就是说,

在这。连续论域,可以表示为 在哪里被称为的主要成员吗。在1型模糊逻辑,离散模糊集表示的符号而不是。二级隶属函数相关联对于给定的1型隶属函数定义为,。

二型模糊系统的结构如图2。

4.1。2型隶属度函数

二型模糊逻辑系统的特点是其隶属函数的形式。图3显示了两个不同的隶属度函数:(a)一个典型的1型隶属函数和(b)型模糊隶属函数表示一个2型隶属函数。

主要的不确定性二型模糊集合的成员所代表的是傻人见图吗3 (b)。注意,傻人也是所有主要的工会会员: 上下隶属函数,用和分别是两个1型隶属度函数表示不确定性的上界和下界的足迹的间隔2型隶属函数分别为(20.]。

4.2。Fuzzifier

隶属函数2型给会员对每个输入的数度。因此,这种不确定性将更多的代表。这种表示方法允许我们考虑所忽略了1型。fuzzifier地图输入向量二型模糊系统非常类似于1型模糊逻辑系统中执行的过程。

4.3。规则

的一般形式th规则二型模糊逻辑系统可以写成 在哪里代表二型模糊系统的输入状态的th规则,是输入,二型模糊系统的输出的规则吗,是规则的数量。可以看到,二型模糊逻辑系统的规则结构类似于1型模糊逻辑系统,除了1型隶属度函数与2型同行所取代。

4.4。推理引擎

在模糊系统区间二型使用最低或产品t-norms操作,th激活规则给我们的时间间隔是由两个极端,和(21]: 在哪里和给出了作为

4.5。行星减速器

执行规则后被解雇和推理,获得了二型模糊系统导致1型模糊系统计算。在本部分中,可用的方法来计算二型模糊系统的质心使用扩展原则[17)进行了讨论。1型模糊系统的重心是由 在哪里代表离散域的数量,,。如果每个和与1型模糊系统所取代,和,相关隶属度函数和分别通过使用扩展原理,二型模糊系统的广义重心是由 是一个t-norm和是一个1型模糊系统。为一个区间二型模糊系统,

4.6。Defuzzifier

得到的输出1型模糊逻辑系统,必须defuzzified type-reduced集。最常见的方法就是找到type-reduced集的重心,如果type-reduced设置是离散的点,那么以下表达式给出了type-reduced设置为重心 我们可以使用迭代计算输出尼克孟德尔遗传算法(20.,22]。因此,defuzzified IT2FLC的输出 与

5。2型模糊控制器设计

在这个问题上,通过直接定子磁通定向矢量控制中使用的控制DFIM;速度控制的欧盟图被一个IT2FLC所取代。DFIM系统模型模拟首先使用传统T1FLC然后IT2FLC。规则库是一样的1型和2型模糊逻辑控制器。模糊控制策略是基于人类操作员经验解释情况和启动它的控制作用。中使用的IT2FLC DFIM呈现在图的矢量控制4。

和分别代表了输出误差及其导数。的速度错误和它的导数 在哪里和分别所需的采样周期和速度。

错误,速度变化,控制信号选择高斯形状相同,表示图5。他们是量子化的七个层次代表一组语言变量-大(NB),负介质(NM),负小(NS),零(泽),积极的小(PS),积极的媒介(PM),大(PB)和积极的。

在这部作品中,聚集在控制器的模糊规则表1。

处理过的表面如图6。

6。仿真和结果

数,使用MATLAB和Simulink仿真运行®软件为了验证理论结果。

仿真系统由三个模块组成。

在本节中,给出模拟结果说明本文所提出的控制性能和鲁棒性的法律,和DFIM IT2FLC应用于速度控制。DFIM用于这项工作是一个0.8千瓦,其标称参数表2。

使用提出的速度和流量调节性能IT2FLC检查负载转矩的变化。电机运行在空载下157 rad / s;然后一个负载扰动力矩5 N·m突然应用年代和消除(−5 N·m)。仿真结果获得一个负载变化(Cr = 5 N·m,−5 N·m)的数据7,8,9显示速度、转矩和磁通与这种变化的。事实上转矩和速度跟随参考价值。

为了验证我们监管机构根据电机参数变化的鲁棒性进行了测试50%的变异在瓷砖定子电阻的值年代。速度是固定在157 rad / s和抗扭矩应用5 N·m年代。图6转矩响应,显示,电流、定子通量和速度。结果表明,监管机构非常敏感电阻变化导致转矩和定子磁通的影响。

的反应速度、转矩、定子磁通,转子电流数据所示7,8,9,10;IT2FLC显示良好的表现来实现跟踪期望轨迹。

我们可以看到从响应速度(图7),IT2FLC扔掉负载扰动快速无超调,微不足道的静态误差的解耦torque-flux保持永久的模式。我们可以看到,从的角度控制是健壮的负载变化。

为了比较区间二型模糊逻辑调节器的性能与另一个监管机构在同样的测试中,人物11显示区间二型模糊逻辑的仿真结果比较和1型模糊逻辑监管机构的载荷DFIM变异的速度控制。基于区间二型模糊逻辑控制器的驱动系统可以处理的突然改变负载转矩没有超过和低于和稳态误差,而1型模糊逻辑控制器稳态误差和响应相比不是那么快区间二型模糊逻辑控制器。因此提出控制器已经发现优于1型模糊逻辑控制器。

IT2FLC建立传动系统可以处理的快速无超调负载转矩的变化和负脉冲信号和稳态误差,而T1FLC稳态误差和响应不是IT2FLC相比一样快。

6.1。错误跟踪性能比较

这些错误索引,即误差的积分(IE)和错误值平方(SSE)之和。其实这些错误索引得到的仿真时间(Sec)采样周期。下面的表达式是IE和SSE的定义,分别为: 在哪里是DFIM的速度跟踪错误。

表3给出了定量对比提出IT2FLC和T1FLC技术在负载变化。

根据表3显然表明该IT2FLC具有最小的IE和SSE性能指标对T1FLC证明良好的跟踪能力在IT2FLC健康操作的操作模式和参数的变化。

7所示。结论和未来的工作

摘要速度控制的一种新方法DFIM基于二型模糊逻辑控制器。为了实现我们的目标DFIM被认为是一个数学模型。获得的仿真结果说明了该方法的良好性能的负载转矩变化和电阻变化。这样的控制器在瞬态模式下表现良好DFIM和证明其鲁棒性和性能对参数变化不敏感参数的不确定性。在我们正在进行的工作我们正在实施该控制系统在现实DFIM。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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