本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域，涉及一種雙永磁同步電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，特別涉及一種雙永磁同步電機(jī)矢量控制中轉(zhuǎn)速環(huán)的參數(shù)控制方法。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)由于其體積小、性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，使它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，然而永磁同步電機(jī)具有慣性大、非線性、模型參數(shù)不確定以及存在擾動(dòng)等特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到很大困難，簡(jiǎn)單的PID控制器已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求。

在基于云模型永磁同步電機(jī)的矢量控制中，云模型控制器的驅(qū)動(dòng)系數(shù)需用人工方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)永磁同步電機(jī)受外界干擾時(shí)，原有的云模型控制器特性不能隨之動(dòng)作相應(yīng)變化，將導(dǎo)致控制效果變差。因此，在基于交叉耦合結(jié)構(gòu)的雙永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的同步控制，如何實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整云模型控制器的驅(qū)動(dòng)系數(shù)，成為現(xiàn)有技術(shù)亟待待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種基于模糊自適應(yīng)云模型的雙永磁同步電機(jī)矢量控制方法，其可改善系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，超調(diào)量小，增強(qiáng)雙永磁同步電機(jī)同步運(yùn)行的協(xié)調(diào)性能，且魯棒性強(qiáng)。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種基于模糊自適應(yīng)云模型的雙永磁同步電機(jī)矢量控制方法，包括如下步驟：

(1)采集兩臺(tái)永磁同步電機(jī)三相電流i_a、i_b、i_c，將其變換為d-q坐標(biāo)系下每臺(tái)永磁同步電機(jī)的實(shí)際電流值i_d、i_q；

(2)采集兩臺(tái)永磁同步電機(jī)的位置信號(hào)，并得到兩臺(tái)永磁同步電機(jī)各自的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)；

(3)根據(jù)兩臺(tái)永磁同步電機(jī)各自的轉(zhuǎn)速偏差e以及偏差的變化率ec，采用模糊控制器，分別對(duì)其進(jìn)行模糊化、模糊推理決策以及解模糊，對(duì)一維云模型控制器中的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D進(jìn)行優(yōu)化，最后得到適合兩臺(tái)永磁同步電機(jī)最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D；

(4)對(duì)兩臺(tái)永磁同步電機(jī)，分別將各自的轉(zhuǎn)速偏差e，偏差的積分值ei，偏差的變化率ec作為一維云模型映射器的3個(gè)輸入量，經(jīng)過(guò)云模型不確定性推理，分別得到輸出控制量U_P、U_I、U_D，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D的分別放大，最終經(jīng)過(guò)加權(quán)平均處理或逆向云輸出并求和作為q軸電流的實(shí)際輸入；

(5)通過(guò)經(jīng)模糊自適應(yīng)云模型控制器的參數(shù)整定后得到給定的i_sq^*，求得與反饋的i_q的差值，再通過(guò)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_d^*、u_q^*，然后經(jīng)反park變換得到靜止兩相正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_α^*、u_β^*；

(6)將得到的給定的電機(jī)電壓u_α^*、u_β^*作為三相逆變器的直流母線輸入電壓，通過(guò)三相電壓源型逆變器產(chǎn)生SVPWM波，輸出相應(yīng)的三相電流i_a、i_b、i_c來(lái)控制永磁同步電機(jī)跟隨給定的信號(hào)；

(7)通過(guò)交叉耦合同步控制結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)永磁同步電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速交叉耦合，每臺(tái)永磁同步電機(jī)單元的反饋信號(hào)包含兩部分，自身單元的轉(zhuǎn)速反饋和電機(jī)單元之間的轉(zhuǎn)速差值反饋，其中K₁、K₂分別為兩臺(tái)永磁同步電機(jī)單元的反饋調(diào)節(jié)系數(shù)，通過(guò)各自的基于模糊自適應(yīng)云模型的轉(zhuǎn)速環(huán)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)自整定，最終實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步。

上述步驟(1)中，永磁同步電機(jī)三相電流i_a、i_b、i_c由各自的霍爾傳感器分別采集得到。

上述步驟(2)中，永磁同步電機(jī)的位置信號(hào)由各自的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器采集得到。

上述步驟(2)中，所述的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)由位置信號(hào)進(jìn)行微分得到。

上述步驟(3)中，模糊控制器采用二維模糊控制器，設(shè)計(jì)為兩輸入三輸出模糊控制器，以偏差e＝ω^*-ω及其偏差的變化率ec＝e(k)-e(k-1)為輸入，一維云模型驅(qū)動(dòng)系數(shù)的調(diào)整量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D為輸出。

采用上述方案后，本發(fā)明利用模糊算法結(jié)合云模型控制，并將其運(yùn)用于永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)中，取代永磁同步電機(jī)矢量控制中的轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器，再以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于云模型控制器的雙永磁同步電機(jī)交叉耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制。通過(guò)云模型控制器的不確定性推理，分別得到輸出控制量U_P、U_I、U_D，再經(jīng)過(guò)模糊推理對(duì)上述云模型控制器中的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D進(jìn)行在線整定，經(jīng)過(guò)加權(quán)平均處理最終得到系統(tǒng)的實(shí)際輸出控制量。本發(fā)明依據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)偏差e、偏差的積分值ei，以及偏差的變化率ec，系統(tǒng)的自適應(yīng)性強(qiáng)、且不依賴(lài)于控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，超調(diào)量小，增強(qiáng)雙電機(jī)同步運(yùn)行的協(xié)調(diào)性能，且具有很強(qiáng)的魯棒性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體原理框圖；

圖2是本發(fā)明中一維云模型控制器的原理框圖；

圖3是本發(fā)明中模糊控制器的原理圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于模糊自適應(yīng)云模型的雙永磁同步電機(jī)矢量控制方法，可通過(guò)設(shè)置控制器、功率驅(qū)動(dòng)單元、永磁同步電機(jī)(PMSM)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器(BQ)和測(cè)速反饋環(huán)節(jié)(FBS)組成，具體的控制方法包括如下步驟：

(1)配合圖1所示，通過(guò)兩臺(tái)電機(jī)各自的霍爾傳感器分別采集永磁同步電機(jī)三相電流i_a、i_b、i_c，然后通過(guò)Clarke變換以及Park變換將其變換為d-q坐標(biāo)系下每臺(tái)永磁同步電機(jī)的實(shí)際電流值i_d、i_q；

(2)通過(guò)兩臺(tái)電機(jī)各自的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器(BQ)采集永磁同步電機(jī)的位置信號(hào)，并經(jīng)各自的測(cè)速反饋環(huán)節(jié)(FBS)得到兩臺(tái)永磁同步電機(jī)各自的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)；其中，所述的測(cè)速反饋環(huán)節(jié)(FBS)即為轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)器(BQ)采集的位置信號(hào)，并對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行微分即可得到；

(3)如圖3所示，根據(jù)兩臺(tái)電機(jī)各自的轉(zhuǎn)速偏差e以及偏差的變化率ec，采用模糊控制器，分別對(duì)其進(jìn)行模糊化、模糊推理決策以及解模糊等步驟，對(duì)一維云模型控制器中的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D進(jìn)行優(yōu)化，最后得到適合兩臺(tái)永磁同步電機(jī)最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D；在本實(shí)施例中，模糊控制器采用二維模糊控制器，設(shè)計(jì)為兩輸入三輸出模糊控制器。以偏差e＝ω^*-ω及其偏差的變化率ec＝e(k)-e(k-1)為輸入，一維云模型驅(qū)動(dòng)系數(shù)的調(diào)整量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D為輸出；

(4)如圖2所示，對(duì)兩臺(tái)永磁同步電機(jī)，分別將各自的轉(zhuǎn)速偏差e，偏差的積分值ei，偏差的變化率ec作為一維云模型映射器的3個(gè)輸入量，經(jīng)過(guò)云模型不確定性推理，分別得到輸出控制量U_P、U_I、U_D，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D的分別放大，最終經(jīng)過(guò)加權(quán)平均處理或逆向云輸出并求和作為q軸電流的實(shí)際輸入；

在本實(shí)施例中，一維云模型映射器的定量輸入為e、ei、ec，其輸出控制分量為U_P、U_I、U_D，具有類(lèi)似傳統(tǒng)PID控制器的3個(gè)控制分量的比例控制、積分控制和微分控制功能，但本質(zhì)不同。一維云模型控制器的輸出控制分量U_P、U_I、U_D可以按照被控制對(duì)象的變化進(jìn)行有效自動(dòng)調(diào)節(jié)控制對(duì)象，還能根據(jù)工程需要滿(mǎn)足被控制對(duì)象所需的各種線性和非線性的映射要求。

(5)如圖1所示，通過(guò)經(jīng)模糊自適應(yīng)云模型控制器的參數(shù)整定后得到給定的i_sq^*，求得與反饋的i_q的差值，再通過(guò)電流環(huán)(ACR)的PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_d^*、u_q^*，然后經(jīng)反park變換得到靜止兩相正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_α^*、u_β^*；

(6)將得到的給定的電機(jī)電壓u_α^*、u_β^*作為三相逆變器的直流母線輸入電壓，通過(guò)三相電壓源型逆變器產(chǎn)生SVPWM波，輸出相應(yīng)的三相電流i_a、i_b、i_c來(lái)控制永磁同步電機(jī)跟隨給定的信號(hào)；

(7)通過(guò)交叉耦合同步控制結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)永磁同步電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速交叉耦合，每臺(tái)永磁同步電機(jī)單元的反饋信號(hào)包含兩部分，自身單元的轉(zhuǎn)速反饋和電機(jī)單元之間的轉(zhuǎn)速差值反饋，其中K₁、K₂分別為兩臺(tái)永磁同步電機(jī)單元的反饋調(diào)節(jié)系數(shù)，通過(guò)各自的基于模糊自適應(yīng)云模型的轉(zhuǎn)速環(huán)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)自整定，最終實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步。

綜合上述，本發(fā)明一種基于模糊自適應(yīng)云模型的雙永磁同步電機(jī)矢量控制方法，是一種在基于交叉耦合控制結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)的參數(shù)自整定方法，其在傳統(tǒng)電機(jī)矢量控制轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI控制器的基礎(chǔ)上，用云模型控制結(jié)合模糊控制算法來(lái)取代傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，采用云模型控制器系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速偏差e，偏差的積分值ei，偏差的變化率ec，通過(guò)云模型推理規(guī)則，輸出相應(yīng)的控制分量U_P、U_I、U_D，實(shí)質(zhì)上，在控制的物理意義上，這3個(gè)控制分量具有類(lèi)似傳統(tǒng)PID控制器的3個(gè)控制分量的功能，但是又有本質(zhì)的不同。采用模糊控制，系統(tǒng)可以根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差e、偏差的變化率ec，通過(guò)制定模糊控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整云模型控制器中的驅(qū)動(dòng)系數(shù)K_P、K_I、K_D。本發(fā)明提出的控制方法實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)的控制分量以及驅(qū)動(dòng)分量，改善了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，且具有很強(qiáng)的魯棒性。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。