供應商關系srm系統范文第1篇
開關磁阻電機(SRM)具有結構簡單,運行可靠,啟動轉矩大,轉換效率高,調速范圍寬,控制靈活等優點,是與其他電機強有力競爭、極具發展潛力的新一代調速電機。然而,開關磁阻電機的雙凸極結構,使其轉矩脈動嚴重,限制了應用的范圍。因此,對SRM轉矩脈動抑制的研究一直受到人們的高度重視。研究表明,應用直接轉矩控制方法抑制開關磁阻電機轉矩脈動,具有顯著的效果。但是,直接轉矩控制方法的典型結構是轉矩、磁鏈雙給定輸入,并構成2個并聯的閉環,如圖1所示,這種控制結構對于調速系統的實際應用很不方便。因為,轉矩體現了電機負載的大小,一般隨著調速過程以及負載的變化而變化,而調速系統以調速為目的,是以轉矩和磁鏈給定的閉環控制系統,沒有直接給出速度目標,難以完成調速的任務。因此,有必要對開關磁阻電機直接轉矩控制調速系統結構進行研究,構造以速度為給定,適合于完成調速任務的控制結構。
2 SRM的基本數學方程
為了構造SRM調速控制系統,可以從SRM的基本數學方程開始討論。
施加在定子各相繞組兩端的電壓,等于電阻壓降和因磁鏈變化而產生的感應電勢之和,即
式中:U,R,i分別為電機定子相電壓、相電阻和相電流;θ為電機轉子與定子的相對位置角;Ψ(i,θ)為電機定子的相繞組磁鏈。
按照力學定律可列出在電動機電磁轉矩Te和負載轉矩TL作用下的轉子機械運動方程為
式中:J為開關磁阻電機的轉動慣量;kω為摩擦系數;ω為電機角速度,ω=dθ/dt。
從電源發出的功率P為
由于功率Ri2作為熱能消耗在電機定子繞組上,所以從電源傳輸到磁場的有功功率Pe為
電機的瞬時轉矩T為
一般瞬時轉矩公式(5)中的第2項dWf/dθ非常小,即有
3 直接轉矩調速系統結構
在傳統調速系統中,首先形成的是速度閉環,以速度為給定,以給定速度與實際速度的差值為調節量對調速系統進行控制。當考慮到系統的快速性、抗擾性和電流限制時,在速度閉環中串入電流內環,形成雙閉環結構。在開關磁阻電機直接轉矩控制調速系統中,首先形成的是轉矩環和磁鏈環,相當于先形成了內環。由式(6)可知,轉矩與電流和磁鏈的導數成正比。因此,對于轉矩環,可以仿照傳統調速系統,將轉矩環作為內環,在外邊直接增加速度閉環,即可構成與傳統調速系統類似的雙閉環調速系統。對于磁鏈環,如何將其與調速系統相聯系,是構成直接轉矩調速系統結構的關鍵。
由式(1)可知,磁鏈是電機電流和位置角的函數,進行調速控制時,位置角根據轉速的變化而變化,較之電流和磁鏈,可認為轉速變化緩慢,位置角基本不變,因此只考慮電流對磁鏈的影響。當磁鏈不飽和時,電機電流增大磁鏈必然增大。當磁鏈飽和時,電機電流增大磁鏈幾乎不變,反而造成了電機銅耗的增加,如式(4)所示。一般將電機磁鏈的工作點設計在磁化曲線發生明顯轉折的飽和區,因此,在調速系統中磁鏈幅值的調整范圍不大。但是,磁鏈幅值的微小變化將會引起電流和轉矩的較大變化,考慮控制結構時必須予以重視。
由式(6)可知,電機轉矩與電流和磁鏈對位置角的導數成正比。傳統直接轉矩控制,磁鏈是系統給定的,磁鏈閉環是相對獨立的,在整個調速過程中,磁鏈幅值固定不變,當電機啟動、轉速較低、轉矩較大時,磁鏈顯得不足,使得啟動電流增大、轉矩脈動增加。電機達到給定轉速、轉速較高、轉矩較小時,磁鏈顯得過度飽和,電流雖有減小,但減小幅度較小,增加了電機銅耗?？紤]按速度給定的調速控制系統結構時,必須兼顧電機的動、靜態過程,應該將固定磁鏈給定改變為可變磁鏈給定,這就需要找到調速過程中,磁鏈變化的規律,并且滿足系統速度給定的要求。因此,必須找到磁鏈與速度給定的關系,更準確地說,應該找到磁鏈與速度偏差之間的關系。在上述研究中,已經得到了速度轉矩雙閉環,其中,速度偏差作為轉矩內環的給定,經調節器控制后形成轉矩控制信號,該信號與電機輸出轉矩的變化規律是完全一致的。由于調速系統的實質是對轉矩的控制,而直接轉矩控制的核心是磁鏈,所以,磁鏈的變化應該與所需轉矩的變化規律相一致。據以上分析,磁鏈環可以和轉矩環同樣對待,只需將比例系數進行相應調整,即可構成磁鏈環和轉矩環并聯為內環、外加轉速環的三閉環直接轉矩控制調速系統結構?；谏鲜鲇懻摽傻瞄_關磁阻電機直接轉矩控制調速系統結構框圖如圖2所示。
4 仿真實驗與分析
文中采用4相8/6極開關磁阻電機,仿真參數設定為:電源電壓220V,最大轉矩為50N·m,負載轉矩為14.1N·m,轉速為1 000r/min。
圖3為磁鏈給定0.36Wb時的曲線,轉速較低時,磁鏈對位置角的導數值較小,因此,要達到給定轉矩電流必然增大,在換相點表現尤為突出,電流幅值超過250A,轉矩脈動超過100%。達到給定轉速時,轉速較高,動態轉矩為零,轉矩減小,且磁鏈對位置角的導數值較大,電流大幅下降,其幅值約為50A,轉矩脈動約為0.7%,此種情況,高速特性極差,低速特性較好。
圖4為磁鏈給定0.43Wb時的曲線,轉速較低時,由于磁鏈幅值較大,轉速雖然較低,磁鏈對位置角的導數值并不小,電流增大幅度不大,電流幅值約180A,轉矩脈動約為1%。達到給定轉速時,因為磁鏈固定在較大值上,電流下降幅度不大,幅值約為150A,轉矩脈動約為0.7%,低速、高速特性均較好,但電流偏大增加了電機銅耗。
圖5為變磁鏈時的曲線,低速大轉矩時,電流平均幅值約為140A,轉矩脈動約為1%;轉速高時,電流平均幅值約為50 A,轉矩脈動約為0.7%,同時滿足了高速和低速的特性要求,電流幅值也比較小,整個調速過程性能得到了保證,電機銅耗也有所減小。
5 結論
針對開關磁阻電機直接轉矩控制典型結構不便于完成調速任務的問題,分析了磁鏈、轉矩、轉速和電流的關系,指出了調速過程中磁鏈預期的變化規律,提出了變化磁鏈的方法,構造了開關磁阻電機直接轉矩控制調速系統結構。仿真結果表明,構造的系統結構,只有單一的速度給定,能夠在低速時增大磁鏈,高速時減小磁鏈,在保證減小轉矩脈動、完成調速任務的同時,電流幅值較小,減小了電機銅耗,具有良好的動靜態控制性能和調速性能。為實現任意電機的直接轉矩控制調速系統提供了參考。
參考文獻
[1]Adrian David Cheok,Yusuke Fukuda.A New Torque andFlux Control Method for Switched Reluctance Motor Drives[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2002,17(4):543-557.
[2]Nisai H Fuengwarodsakul,Marcus Menne,Robert B In-derka,et al.High-dynamic Four-quadrant Switched Reluc-tance Drive Based on DITC[J].IEEE Trans.Industry Ap-plication,2005,41(5):1232-1242.
[3]Zhang jun Tang,Pragasen Pillay,Yi cheng Chen,et al.Prediction of Electromagnetic Forces and Vibrations inSRM Operating at Steady-stated Transient Speeds[J].IEEE Trans.Industry Application,2005,41(4):927-934.
[4]殷春輝,詹瓊華,孫劍波.開關磁阻電機驅動系統模糊控制器的設計與仿真[J].微電機,2006,39(5):1-5.
[5]王勉華.開關磁阻電機多種控制策略的仿真比較研究[J].系統仿真學報,2007,19(20):4845-4847.
[6]Wang mianhua.The Fuzzy-PI Control of Switched Reluc-tance Motor Based on DTC[C]∥Randall Bilof.ICMT-MA2009.ZhangJiaJie China:IEEE Computer Society,2009:606-609.
供應商關系srm系統范文第2篇
關鍵詞：SRM調速系統,Fuzzy-PI控制,模糊化,模糊規則
開關磁阻電機 (SRM) 調速系統是一種比較新的驅動系統, 隨著工業技術的不斷發展, 成為一種極具競爭力的新型無級調速系統。但是由于非線性、變結構、變參數等特點使得SRM難以使常規PI控制方法得到良好的控制效果, 控制參數由于沒有一個精確的數學模型而難以在理論上建立確定目標。因此, 采用比較智能的, 目前比較常用的一種智能控制方法, 模糊控制, 它不需要建立精確的模型, 動態性能比較好。模糊控制器本身相當于比例-微分調節器, 靜態性能較差, 那么必然會引起系統靜差等。故本文把模糊控制和PI控制相結合, 建立Fuzzy-PI復合控制器消除系統靜差。
1 SRM的直接轉矩控制系統的構成
開關磁阻電機系統由調節器、功率變換器、SRM電機構成, 本文中調節器采用三閉環控制 (如圖1) , 最外環用給定速度與檢測速度的偏差獲取目標轉矩, 速度調節器采用Fuzzy-PI控制器。中間環和內環根據給定轉矩和給定磁鏈與模型計算得到的轉矩和磁鏈獲取轉矩和磁鏈的偏差選擇開關信號, 開關信號的選擇目的是使磁鏈和轉矩限制在一定的滯環內, 不同的開關信號對應不同的空間電壓矢量, 打開和關斷相應的開關管, 給電機提供不同相位的能量。
2 模糊-PI控制系統的設計
模糊-PI控制是在模糊控制的基礎上加入了比例-積分控制作用, 其結構框圖如2所示。Fuzzy-PI控制器采用二維控制器, 以速度偏差和速度偏差變化作為控制器的輸入, 以控制器的輸出作為中間環和內環的期望轉矩。模糊控制器首先要根據速度偏差的大小選擇不同的控制器, 對速度偏差設置一個限值 (文中采用84) , 根據偏差值和限值的大小進行選擇。當誤差大于限值時選擇模糊控制, 小于限值時選擇PI控制。模糊控制器主要是進行模糊化、模糊規則、解模糊等。
2.1 模糊化與反模糊化
為了把電機速度控制在1 000 r/min, 并且保持穩定狀態, 根據開關磁阻電機特性, 速度誤差論域取[-1 000, 1 000], 速度誤差變化論域取[-1 000, 1 000], 目標轉矩論域取[-200, 200]。輸入 (E、EC) 、輸出 (U) 的模糊論域均取為[-6, 6]。所以比例因子分別為:Ke=6/800, Kec=6/800, Ku=200/6。模糊化與反模糊化公式為
由于三角函數比較常用, 且模糊化的語言規則簡單, 故在此使用三角函數作為隸屬度函數。模糊規則的語言變量對應的的模糊集為NB (負大) , NM (負中) , NS (負小) , ZE (零) , PS (正小) , PM (正中) , PB (正大) 。
2.2 模糊控制規則
根據操作經驗, 控制規則可以用下列語言表示。語言控制規則用表1表示。
此設計中, 希望電機的速度穩定在1 000 r/min, 也就是說當實測速度超過1 000 r/min時就要減小目標轉矩, 小于時增加, 相等時不變。也就是說, Fuzzy-PI最終目標就是要是電機的轉速穩定在1 000 r/min。
表1中, 行表示的是誤差的模糊化語言, 列表示的是誤差變化的模糊化語言, 行與列的交點表示的是綜合后選取的模糊化語言, 每一點都是一條模糊規則。
2.3 模糊推理與模糊判決
本文中采用Mamdain方法作為常用的模糊推理方法, 采用“加權平均值法”作為多種隸屬度信息的模糊判決。
式 (4) 中, ui是模糊輸出語言變量的權值, μU (ui) 是ui對應的隸屬度。
對于“加權平均值法”, 我們可以這樣理解, 首先這種方法在實際應用過程中達到了對系統快速性的指標要求。對數據的處理一般采用查詢方式, 通過離散化、模糊推理、模糊判決等, 再通過離線方式的計算, 決策得到的結果總結為表2, 供實時處理時查表直接使用, 這種方法計算方便, 操作簡單。
以速度誤差e=600, 誤差變化率ec=150說明模糊推理計算的處理過程。首先對精確量模糊化, 即就是誤差和誤差變化率。由式 (1) 、式 (2) 進行模糊化計算, 計算得到的模糊值, E=4、EC=1。
圖3為三角隸屬度函數圖, 由圖3可以看到, E=4為單語言變量, EC=1為多語言變量, 各自對應的隸屬度分別為:μPM (E=4) =1、μZE (EC=1) =0.5、μPS (EC=1) =0.5。
參考模糊表1可以看出, 有兩條語言規則被使用。根據模糊規則我們可以將語言規則總結如下:
通過Mamdani推理方法, 誤差和誤差變化的隸屬度分別取各自隸屬度的最小值, 每一條語言變量對應的輸出量的隸屬度為以下:
由“加權平均值法”公式 (4) 可知, 取各自隸屬度的加權系數算出算出總的輸出量的模糊值:
到此完成了一次模糊輸出值計算, 按照此類方法算出表2中的其他數據。再利用式 (3) 進行反模糊化算出的值作為內環的期望轉矩。
2.4 模糊-PI控制的Matlab仿真實現
所以, 如果速度誤差小于84 r/min時, 模糊控制器就會將偏差認為0, 那么當然會出現盲區, 盲區的出現必然造成系統的靜態誤差。本文將Fuzzy控制器和PI控制器相結合, 當誤差e<84 r/min進入控制盲區, 切換至PI控制, 從而避免進入控制盲區, 消除靜態誤差。模糊-PI控制器的Matlab仿真模型如圖4所示?？刂葡到y包括SRM電機模型、電源、功率變換器、轉矩與磁鏈估算、轉矩與磁鏈調節、磁鏈區間判斷以及開關表七部分。SRM直接轉矩Fuzzy-PI控制系統如圖5所示。 (其中的Fuzzy-PI controller模塊內部仿真模型如圖4所示)
模糊-PI控制器通過開關Switch2進行選擇。當誤差e>84 r/min時, 開關Switch2切換至上面的模糊控制, 此時PI控制輸入為零對系統不起作用。當誤e<84 r/min時, 開關Switch2切換至下面的PI控制, 即可對控制盲區進行控制, 消除系統的靜態誤差。
3 仿真結果分析
四相8/6結構的開關磁阻電機在給定1 000r/min時, 為了更好地進行對比, 仿真時采用了Fuzzy-PI、Fuzzy和PI控制器。速度響應曲線如圖6所示。
從仿真曲線圖可以得出, Fuzzy-PI控制器具有很強的抗干擾能力, 況且穩態情況下不存在靜差, 很大程度上解決了單純模糊控制器的靜差問題。以上三種制器動靜態性能數據分析表如表3所示。
4 結論
模糊控制不同于精確的控制方法, 而是采用語言規則的控制方法, 借助人們對現場控制的經驗和技巧, 使用控制機理, 這樣不但避免了非線性系統數學模型的建立, 而且系統本身的動態性也比常規的PI控制要好很多。由于開關磁阻電機本身就是一個非線性化系統, 電機模型的準確建立也需要一定的難度, 模糊控制在這一點上做出了很大貢獻。但是單純的模糊控制存在一定的盲區, 有靜態誤差, 且穩定后系統的抗干擾能力極差, 所以本文采用了Fuzzy-PI控制策略, 速度誤差大的時采用模糊控制, 誤差小時采用PI控制, 這種Fuzzy-PI在很大程度上改善了常規控制器的超調量與響應時間的矛盾, 系統的動態性能也得到了良好的改善, 同時保證了系統的抗干擾能力。直接轉矩Fuzzy-PI復合控制系統在開關磁阻電機上的應用上具有一定的貢獻, 提高了SRM調速系統的自動化水平, 具有很大的推廣意義和應用價值。
參考文獻
[1] 王宏華.開關磁阻電動機調速控制技術.北京:機械工業出版社, 1998
[2] 殷春輝, 詹瓊華, 孫劍波.開關磁阻電機驅動系統模糊控制器的設計與仿真.微電機, 2006;39 (5) :1—5
[3] 宋桂英, 孫鶴旭, 鄭易, 等.開關磁阻電動機直接轉矩控制的研究.電氣傳動, 2004;34 (5) :11—13
[4] Sahoo N C, Xu J X, Panda S K.Low torque ripple control of switched reluctance motors using iterative learning.IEEE Transactions on Energy Conversion, 2001;16 (4) :318—326
[5] Panda S K, Dash P K.Application of nonlinear control to switched reluctance motors:a feedback linearisation approach.IEEE Proceeding on Electric Power Applications, 1996;143 (5) :371—379
[6] 詹瓊華, 殷春輝.查表型模糊控制器在SR調速系統中的應用與優化.微電機, 2006;39 (4) :4—7
[7] 何莉, 萬沛霖, 肖蕙蕙.PID型模糊控制器在開關磁阻電機驅動系統中的應用.中小電機, 2004;31 (4) :32—35