许晓华（横店集团联宜电机有限公司，浙江东阳322118）

    摘要：简述了模糊自整定的原理以及基于模糊自整定的异步电机矢量控制系统的设计。针对传统PlD控制存在的不足，借助高端数宁信号处理器TMS320F2812，将模糊自整定控制与空间矢量脉宽调制(SYPWM)控制系统有效地结合在一起，控制系统的性能得到了较大改善，降能指标明显优于传统PID控制，进而增强了异步电机矢量控制的动态性能。

    关键词：模糊逻辑；磁场定向控制；异步电机；自整定

    中图分类号：TM301.2: TM343文献标识码：A文章编号：1673-6540( 2009) 12-0022-04

0引 言

    随着各种高性能微处理器及智能控制算法的不断推出，加速了异步电机控制系统的发展。异步电机磁场定向控制已经在工业上有大量的应用。磁场走向控制是通过坐标变换的方法将定子电流分解成励磁电流i_sd和转矩电流i_sq，在调速的过程中保持转子磁链ψ²不变，即让i_sd为常数，此时，异步电机可以像直流电机一样灵活控制。但是异步电机磁场定向控制易受转予时间常数变化的影响，结果破坏了转矩的动态响应及整个系统的性能。为了消除这一影响，人们正在研究采用在线估计转子时问常数的方法，而这种方法限制了转矩与转速之间的关系。

    调速系统通常采用PID控制器，当系统遭受严重扰动时，其控制器增益固定，使得系统性能也严重下降。在实际生产现场，由于各种因素，如控制系统的传递函数与实际有偏差，拖动负载的参数并不如模型那样一成不变，同时，电机本身是一个非线性的被控对象，许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素【1】，因此使得传统的PID控制器的参数往往难以达到****状态，所以PID的参数增益必须能根据系统电流的变化趋势不断地进行调整。

    为了进一步提高控制器的智能水平，提高控制系统的动态品质，将传统PID控制器与模糊控制技术相结合，设计出模糊PID参数自整定控制器【1】。与常规的PID控制相比，由于模糊控制不需要精确的数学模型，根据日常生产中的经验规则动态地输出，对于解次异步电动机对象参数变化与非线性特性并提高系统运行的稳定性有重要的借鉴意义。

    随着微处理器技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的经验作为知识存人微处理器中，根据现场的实际情况，微处理器能自动调整PID的参数，这样就出现了智能PID控制器。模糊控制理论正好解决了被控制对象的参数变化与非线性特性以及操作者经验不易精确描述等问题。人们利用模糊数学，把规则的条件及有关信息作为知识存人微处理器知识库中，然后控制系统根据输入条件运用模糊推理，即可自动实现对PID控制器参数的****调整，这就是模糊门整定PID控制口。

本模糊控制器的结构采用两输入单输出的结构、所采用的模糊规则如表l所示。合成推理算法采用Mamdani推理，两个前提条件取最小化因子，结论部分取****化因子。解模糊采用重心法( COA)【3】。图l给出了i_m1。模糊自整定的仿真模型。

图1中isq，表示输入指令值，V_sqref表示输出值，偏差值及偏差变化值分别送给PI模块和模糊逻辑模块。对应于额定磁链的给定值isd为常值，给定isq由PI控制的外部速度环产生。模糊isq控制环的MF如图2、3所示。所有的模糊变量：误差e、误差变化c_e及输出变化c_u均以标幺化的形式给出。

  在模糊控制器的设计和模糊控制理论的实际应用中，通常以e和c_e，为输入变量，经过离散化、模糊化后查询模糊控制丧，得到模糊输出控制量c_u。要提高模糊控制器的精度和跟踪性能，各控制量的语言变量必须取更多的语言值，分档越细，性能越好。因此本设计中模糊控制器采用NB（负大），NM（负中），NS（负小），Z（零），PS（正小），PM（正中），PB（正大）七个模糊语言逻辑变量来模糊化输入偏差变量e、输入偏差变化率c_e。用NVB（负非常大），NB（负大），NM（负中），NS（负小），NVS（负非常小），Z（零），PVS（正非常小）．PS（正小），PM（正中），PB（正大），PVB（正非常大）¨个模糊语言逻辑变量来模糊化输出变量c_e、is_d模糊控制规则如表1所示。

 

 

    根据各模糊子集的隶属度和模糊控制规则，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表，查出修正参数代人式(1)~(3)计算：

        

其中，分别为采用常规整定方法得到的K_p、K_i、K_d的预整定值。在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。

    在基f Fuzzv-PID的异步电机矢量控制系统中设计T2个Fuzzv-PID控制器。模糊自整定PID控制器的输出量     作为Park反变换的输入量。

    本仿真设计借助MATLAB的Simulink模型库和Fuzzy Logic工具箱一起建立了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的发生部分模型、转子磁链观测器RFOC模型、坐标变换模型，利用SimPowerSVstems中的ICBT Inverter、Induction Motor.Fuzz、_PI Con-troller -起搭建起了矢量控制系统的仿真模型，并给出了试验结果：系统是一个带转矩内环的转速闭环异步电动机矢量控制系统。设计转矩内环的目的是抑制磁链子系统对转速子系统的桶合，或者说转矩内环实现了磁链和转速两个子系统间的近似解耦。在仿真模型中利用模糊自黎定PI控制器代替传统的对i_sd和i_sq进行调节的PI控制器。仿真采用的异步电动机参数为：2 HP，460 V．60 Hz.，L_m=208.8 mH,R. =1. 821 Ω，L=218.5 mH.

    为了验证模糨自整定控制系统对异步电机矢量控制的有效性，本文借助美国德州仪器公司生产的高性能数字信号处理器( DSP) TMS320F2812及智能功率模块( IPM)搭建起硬件平台。TMS320F2812****可工作在150 MHz的主频下，这样就能保证处理器及时完成复杂的矢量控制算法。调试中经DSP的集成开发环境(ccs)可以看到如图4所示的DSP的SVPWM状态机发出的A相、B相调制波波形图。图5为给定磁链值和A相电流波形．，从图6的仿真结果可以看出电动机的转速输出与设定值相符，且动态响应速度快，稳态精度高。从图7实测的模糊自整定控制的速度响应曲线呵以看出异步电机矢量控制系统响应速度快，无超调。

  本文对以模糊控制技术为基础的异步电机矢    量控制方法进行了介绍。在设计中，应用高性能DSP TM5320F2812.4J及MATI.AB仿真，采用模糊自整定的控制方法建立了两个模糊自整定PID控制器，通过模糊控制这一智能控制方法，改善了传统PID控制存在的不足，使得采用模糊控制的矢量控制系统响应快速而且无超凋、鲁棒性好，稳态性能得到不断提高和改善。