陈可，杨文焕

(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)

摘要：对采用间接矢量控制的异步电机提出了基于存线效率优化的模糊节能控制力法．存电机稳忿运行叫，对控制测得的直流输入功率进行模糊优控制，使电机在****效率处运行。另外，针对搜索过程中的转矩脉动问题，提出了种转矩电流前馈补偿斤案。在转矩或哲设定速度发生改变时，励磁电流重新恢复到额定值以获得良好的暂态响应。仿真结果验证了该摔制方案的正确性和有效性，关键词：异步电机；间接矢量控制；模糊控制

0引  言

交流异步电动机在我国广泛应用，其用电量约占总用电量的60％以上，其节能研究有着重要的现实意义。目前异步电机的节能运行控制技术基本可以分为两类：损耗模型控制和搜索控制。前者基于电机的损耗模型，具有计算速度快，振荡调帮小等优点。但缺点足严重依赖电动机的数学模型，即使能找到精确的数学模型，由于实际运行中电机参数很难准确测量且时变性强，数学模型也很难适应。后者的优势在于控制起来不需要电机参数，且对参数的变化完全不敏感，可以广泛应用于各种电机。

    本文提出了，基于模糊控制的异步电机****效率控制技术。在系统动态时采用按转子磁链定向的间接矢量控制，稳态时转入节能运行状态，对电机的励磁电流进行控制，并通过仿真进行验证。

    l  在线搜索节能运行的原理

    1.1轻载运行与电机励磁能耗

在进行电机调速时，通常希望电机中转子磁链为额定值，并保持不变。如果磁链太弱，没有允分利用电机铁心，是种浪费；如果过分增大磁链，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。在异步电动机中，变频调速时需要保持磁链不变。根据电机设计理论可知，电动机每极磁链的确定是要使其在额定负载下长期稳定运行。额定的磁链使电机具有定子向转子传输额定功率电能的能力，使其转化为机械能。

    电机的磁链是按额定功率设计的，当异步电机轻载运行时，并不需要这么大的励磁。过多的励磁浪费电能，又冈发热而减损电机寿命。

    1．2转子磁链在线搜索的模糊节能原理图1(a)分析了，获取****效率的在线磁链搜索方法，假设电机最初运行在额定磁链条件下，并以菜一速度稳态运行在低于额定负载的转矩下，通过减小定子电流的励磁分量idc以逐步减小转子磁链ψr，由于速度控制环，这将导致定子电流的转矩分量iqs增加，以使新产牛的转矩与稳态运行时的转矩相同。如图1(b)所示，随着磁链的减少，铁心损耗减小，铜损增加，但系统的总损耗减小，从而提高了总的效率，特别的，当铜损与铁损数值相等时，系统的总损耗达剑最小，效率达到****[2]。这反映在图1(a)中，输出功率小变的情况下，直流环节输入功率减小了。该搜索不断继续直到系统达到最小输入功率(即****效率)A点处，任何试冈想超过A点的搜索将反过来影响效率并使搜索方向反向，使运行驻留在A点，该类算法的优势在于控制起来小需要电机参数，对参数的变化完伞不敏感，并可广泛应用任何电机。

 

 

    2  系统框图图2为带自模糊控制器的按转子磁链定向的间接欠量控制系统。

    在普通磁链开环的按转子磁链定向的间接欠量控制框图的基础上加入了一个模糊控制器。

    ids减小的程度是自适应的，其控制可以获得快速的收敛性。转矩电流分量ids由速度环产生。矢量传感器从一个切换开关的两个位置分别获得转矩电流命令和励磁电流命令：(1)瞬态位置。

    (2)稳态位置。

    在电机处于稳态时进行****效率控制(模式2)，由于励磁水平的F降，其暂态(模式1)响应会变得很慢。因此当控制系统的设定转速或者负载转矩发生改变时，励磁电流必须恢复到额定值，转矩电流[f王应直接由速度环给定。系统稳定后，再恢复****效率控制，两种模式的切换以连续采样的速度****误差为标准。

    3  模糊效率控制器的设计

    3．1模糊效率控制器框图

    图3为模糊效率控制器框图。直流环节输入功率Pd(k)被采样并与前一时刻的值进行比较，

 

量化因子Pb的值越大，则输入的敏感度越低，偏差量的控制作用越弱。这说明电机效率可以提高优化的程度与电机的转速成反比。量化因子ib的值越小，则控制器的控制作用越弱，系统的动态响应过程越长；值越大，则控制器的控制作用就越强，系统响应快，易超调，如果过大会使系统振荡。

    式(1)中的系数A，B，C1，c2，c3是常数(由仿

 

 

则的基本思路是如果最后的控制行为使得直流输入功率减小，那么搜索方向小变，并且控制量的大小应与测量得到的直流环节功率的变化成正比。当控制行为使直流功率增加，则改变搜索方向。系统达到稳态时，直流功率Pd围绕着A点作小幅摆动。

 

    4脉动转矩补偿

    前馈脉动转矩补偿的基本原理如图5所小，该补偿器通过加入等价的Δiqs补偿因iqs减小而损失的转矩，以使输出转矩保持不变。否则，仅由速度闭环对iqs慢补偿将在低采样频率时产牛较大的脉动转矩。这对系统是有害的。补偿电流可表示为

 

    5仿真分析

理论验证从以下两方面进行仿真分析：

 (1)基于模糊控制器的在线搜索方案的可行性；(2)节能效果与按转子磁链定向的问接矢量控制进行对比。

 

 图6为转速300r／min(O.2 Pu)，负载转矩lO N·m(0．1 pu)时电机的转速、转矩、励磁电流、转矩电流、直流输入功率的变化过程。电机起动0．2 s进入模糊搜索阶段。在模糊搜索过程中，电机的转速和输出转矩保持稳定．正常起动后，在t=0．8 s时达剑最人效率点。转矩电流与励磁电流的变化相反，有一定增加。

 

   

 

 图7为采用按转予磁链定向的问接矢量控制方式的直流输入功率。与图6进行比较，在相同转速和负载下，采用模糊搜索控制的方式比按转了定向的间接矢量控制方式效率提高约25％图8为转速300 r／min(O.2 pu)，负载转矩在1 s时由l0N·m(0．1 pu)突增到30 N·m(O.3pu)时电机的转速、转矩、励磁电流、转矩电流、直流输入功率的变化过程。电机的转速在小幅跌落后即恢复到指定转速，电机迅速由模糊节能模式转变为额定励磁的瞬态模式，显示了良好的动态性能。 

 

    6结  语

    本文把基于在线效率优化的模糊控制方法引入到采用按转子磁链定向的间接矢量控制的异步电机系统中，该方案搜索快，收敛性好，兼顾稳态运行时的节能性和动态调述时的快速性，转矩脉动问题也由于引入了转矩前馈而得到了解决。