基于智能控制理論的永磁同步電機(jī)FOC速度控制系統(tǒng)研究

包明杰 張浩然 王映月

（浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江金華321000）

0 引言

近年來，隨著智能控制理論、永磁材料和電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于智能控制理論的永磁同步電機(jī)（PMSM）矢量控制以其優(yōu)良的控制性能引起廣泛關(guān)注[1]。本文對智能控制理論中基于SVM及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)矢量控制（FOC）系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究與分析。

1 永磁同步電機(jī)矢量控制原理

永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)由于其多變量、非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)使得控制難度較大。為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)高效控制，首先要實(shí)現(xiàn)解耦。矢量控制是一種常用的解耦方法，實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示[2-3]，只要保持is與d軸垂直，就能通過調(diào)節(jié)直流分量iq來控制轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)三相永磁同步電機(jī)控制參數(shù)的解耦。

圖1 矢量控制解耦原理

2 傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)FOC調(diào)速控制方案

傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)FOC調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖2所示[4-5]。

圖2 傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)FOC速度控制結(jié)構(gòu)示意圖

3 基于智能控制理論的控制方案

隨著智能控制理論的發(fā)展，滑模變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)[3]競相涌現(xiàn)。本文中基于智能控制理論的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 基于智能控制理論的永磁同步電機(jī)FOC控制結(jié)構(gòu)示意圖

首先根據(jù)檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計(jì)算得到q軸電流參考輸入iqref，然后再根據(jù)FOC調(diào)速控制理論繼續(xù)完成電機(jī)矢量控制。

4 速度控制系統(tǒng)的仿真

4.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)仿真模型的建立

在Matlab7.2的Simulink環(huán)境下，利用SimPowerSystem Toolbox2.3豐富的模塊庫，建立PMSM控制系統(tǒng)仿真模型[4-5]。

控制系統(tǒng)主要包括PMSM數(shù)學(xué)模型、SVPWM模塊、坐標(biāo)變換模塊、電流及轉(zhuǎn)速PID控制模塊等，如圖4所示。

4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)仿真模型的建立

把外環(huán)速度環(huán)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊來代替，本文中具體分別采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能控制模塊，調(diào)整q軸電流參考輸入iqref，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的高精度矢量控制，如圖5所示。

5 結(jié)論

分別以額定轉(zhuǎn)速120 r/s、40 r/s、250 r/s代表電機(jī)的中速、低速、高速狀態(tài)時(shí)，傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)和兩種基于不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的矢量控制的仿真效果分別如表1所示。

圖4 PMSM的FOC數(shù)字仿真模型圖

圖5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PMSM矢量控制仿真模型圖

表1 三種控制方式的仿真效果

從表1可以得到以下結(jié)論：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速控制效果要好于傳統(tǒng)矢量控制的效果。智能控制方法在實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速的高精度控制方面有優(yōu)勢。

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