张倩倩‘周西峰’郭前岗’熊祥。
(1. 南京邮电大学自动化学院，江苏南京210003; 2华东理工大学信息科学与工程学院，上海200237)
摘要：针对两台电机参数和负载不一致的情形，在原有单台电机磁场定向矢量控制模型的基础上，结合平均的思想，推导出适合一个逆变器控制两台电机的磁场定向控制模型.该数学模型在矢量控制思想的核心下，利用定子电流的q轴分量控制电机的平均转矩，d轴分量控制平均转子磁通。由于PI控制和模糊滑模变结构控制在交流调试系统中的局限性，利用它们的各自优点，采用双模态控制方法对交流异步电动机系统进行控制。仿真结果表明，无论在启动时负荷不均衡、运行时负荷不均衡还是运行时负荷均衡情况下，该系统都能平稳运行，且具有较好的动态、稳态陛能：该方案的研究对轨道交通意义较大。
关键词：矢量控制磁场定同并联运行模糊滑模变结构控制 双模态控制
0前言
目前传统的交流异步电机驱动系统采用一个变频器控制一台电机的模式，而在需要两台(多台)电机驱动的情况下，例如电力机车、电动汽车等，在这种情况下，考虑到系统成本和空间的限制，常采用单台逆变器控制多台电机的方案。
文献[1-3]提出了一个逆变器控制两台电机，文献[4]提出了一个逆变器控制三台电机．基于前人思想的基础上，本文深入研究r两台电机并联时的数学模型，在此基础卜提出了一种基于转子平均磁链进行定向的矢量控制策略…，并且给出两个电机启动时负荷不均衡、运行时负荷不均衡以及运行时负荷均衡情况F，两台电机并联运行时的矢量控制仿真研究。
理论分析，若采J=}j常规PI控制和模糊滑模变结构控制难以达剑良好的控制性能，故本文引入滑模变结构控制算法，在此基础上添加模糊控制思想对切换增益进行控制，但系统存在不可忽略的抖动问题。为了更进一步消除抖动问题，对模糊滑模变结构控制器和常规PI控制器进行切换选择控制：仿真结果表明了该设计的系统具有良好的动静态性能，较强的鲁棒性。
1感应电机并联运行的电流模型
由于两台电机参数不同和负载的不一致，将导致两台电机的定子电流不一致。要实现对两台电机的矢景控制，建立两台电机的电流模型是必需的，图1给出r两台异步电机并联运行时的电流模型。
其巾is是定子电流is1和is2的平均值，Δis是定子电流isl和is2的差分值。
2基于转子平均磁场定向的矢量控制策略
在旋转参考坐标系中，感应电机的转子磁通可用公式表示：
3系统控制框图图2为两台电机并联运行的矢量控制框图。
由于四台异步电机并联运行且由一个逆变器驱动，它们的同步转速和定子电压几乎足一样的。而当它们所带的负载不平衡时，四个电机的转速将会不一致，为了消除转速间的差异，有必要对系统的转速控制器进行改善。传统的PI控制器和模糊滑模变结构控制器虽然能基本上满足系统的要求，但它们还是存在着局限陛，特别是系统所带负载不一致时．得不到较好的性能，为此结合PI控制和模糊滑模变结构控制构成双模态控制，用两个控制器各自的优点来改善系统的控制性能。
3．l简单PI(速度)控制器的设计
3．2滑模变结构(速度)控制器
滑模变结构控制设计的基本步骤[6-7]：
3.3模糊滑模变结构（速度）控制器
设EP为某一阈值，当系统偏差e大于EP时，采用模糊滑模变结构控制，此时系统具有很强的鲁棒性和抗干扰能力；当系统偏差e小于EP时，采用PI控制，可以消除系统模态抖动问题。
4仿真结果
电机启动f=0s时，电机1、电机2的给定阶跃负载分别为20N·M、20N·M，接下来在t=5s，电机l时阶跃负载跳变80N·M，电机2阶跃负载跳变80N.M；在上述仿真参数和条件下，可得双模态控制时两台异步电机的仿真波形分别如图4、图5、图6、图7所示。
如上图所示，两个电机都具有速度响应快、稳态误差较小等特点，当两个电机所带负载不平衡情况下，各个电机都能平稳的运行，由于本文方案采用的是平均的思想，故在负载不平衡的情况下，各个电机的转速会有少许的速度偏差，但这个偏差的范围小，对整个系统的影响并不大，而且当两个电机所带负载相同时，两个电机的转速将趋于一致，同时控制精度和控制速度良好；在相同给定和负载扰动下由常规PI速度控制器的系统响应曲线如图6、7所示。由图6、图7可见，采用双模态速度控制器结合了PI控制器和模糊滑模控制器各自优点，从系统仿真曲线可以看出该系统具有良好的静，动态胜能，响应速度比较快等优点。
5结束语
本文对单个逆变器控制的并联电机进行了d q坐标系下的建模分析，提出了基于转子平均磁链进行磁场定向的四台电机并联运行矢量控制策略，此方法考虑r电机参数和负荷不均衡情况下的平均转矩、偏差转矩和转子平均磁链的控制。仿真结果表明，该系统能够在带不平衡负载启动和突变不平衡负载的情况下平稳运行，四台电机的转速和转矩响应比较平稳，系统具有较好的动稳杰件能。 |
