模糊直接转矩控制系统的设计与仿真研究

第33卷第5期电子科技大学学报Vol.33No.52004年10月JournalofUESTofChinaOct.2004模糊直接转矩控制系统的设计与仿真研究张春，郭兴众(安徽工程科技学院电气工程系安徽芜湖241000)【摘要】提出了一种基于模糊电阻观测器的模糊直接转矩控制系统，采用模糊逻辑估计定子电阻，选择逆变器的开关状态，提高了系统的低速性能和系统的响应。并用MATLAB/SIMULINK软件建立了该系统的仿真模型，仿真结果表明了该方法的正确性，具有工程研究价值。关键词直接转矩控制;模糊控制;MATLAB/SIMULINK;仿真中图分类号TP273.2;TP271文献标识码ADesignandSimulationofFuzzyDirectTorqueControlSystemZhangChun，GuoXinzhong(Dept.ofElectricalEngineering,AnhuiUniversityofTechnologyandScienceAnhuiWuhu241000)AbstractThispaperproposesanovelstructureoffuzzystatordirecttorquecontrolforinductionmotorwithfuzzystatorresistanceestimator.Fuzzylogicisusedforestimatingthestatorresistanceandchoosingtheswitchingstate,whichcanimprovetheperformanceatlowspeedsandtheresponseofthesystem.AlsothepaperusesMATLAB/SIMULINKtobuildthesimulatingmodelofthesystem.Somesimulatingresultispresentedtodemonstratethismodelistrue,andthemethodhastheadvantagetostudyintheengineer.Keywordsdirecttorquecontrol;fuzzycontrol;MATLAB/SIMULINK;simulation近年来，直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC)技术以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了很多学者的关注并得到迅速发展[1]。在直接转矩控制中，磁链偏差、转矩偏差和磁通位置直接用于选择逆变器的开关状态。它们均用一定范围的值来表示，而这个范围本身就是一个模糊的语言变量，若采用模糊控制的方法求取开关状态，更符合控制规律，比采用传统的数字控制方法更适合实际情况[2]。另外，在直接转矩控制中，定子磁链的估算和定子电阻有关，定子电阻的偏差会引起定子磁链估算的各种不合理偏差，使控制器的控制性能变坏，而采用模糊推理可从定子电流的幅值求出相对应的定子电阻。基于此，本文提出一个带模糊电阻观测器的模糊直接转矩控制系统，用MATLAB/SIMULINK建立起模糊DTC系统的仿真模型，并用该模型进行了初步仿真研究。1系统仿真结构图本系统主要由模糊电阻观测器、转矩、磁链观测器、模糊控制器、逆变器和三相异步电动机组成，用MATLAB/SIMULINK建立起的系统仿真结构图如图1所示。收稿日期：20021202基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(2000jL036)作者简介：张春(1972)，男，硕士，讲师，主要从事智能控制及控制系统的计算机仿真方面的研究.Teis_abcwm11211dtcfunc12.49vm+mvTmm_SIψsαψsβψsαψsβψsTeisRsus磁通角计算-KXYGraph-K2.4磁链给定Rsis模糊电阻观测器v+-9转矩给定电磁、转矩估算电压测量dtcfunc1Sabcuaubu模糊控制器S-FunctioncusABCTmabcm_S1m逆变器异步电动机Stepis-abcmmTeisaisbiscisαisβi2ssi2第5期张春等:模糊直接转矩控制系统的设计与仿真研究583向量分解图1系统仿真结构图2系统仿真模型的建立SIMULINK是一个开放的编程环境，用户可以通过简单的操作建立自己的模型，然后直接进行仿真。2.1模糊电阻观测器模糊电阻观测器采用定子电流幅值偏差和定子电流幅值偏差变化率对定子电阻偏差进行推理。用I表示磁链给定值和转矩给定值T所对应的定子电流幅值；定子电流的测量值I(k)，其中k为逆变器的开关状态，is和is为三相异步电动机在坐标系下的电流值，则可以得到定子电流偏差e和电流偏差变化率e为：e(k)I(k)I(k)e(k)e(k)e(k1)从电流偏差e(k)和电流偏差变化率e(k)推断电阻偏差Rs的模糊推理规则为：ife(k)isAande(k)isBthenRsisC。其中e(k)、e(k)、Rs在论域上都定义了5个模糊子集(PL、PS、Z、NS、NL)。在利用SIMULINK进行仿真时需用到MATLAB的模糊控制工具箱。设计时，只需在MATLAB环境窗口输入fuzzy，打开FIS编辑器，增加输入/输出变量，对各输入/输出变量的隶属度函数的名称、范围、形状等进行设定。该系统的模糊电阻观测器的两个输入变量和一个输出变量均有5个隶属函数，其形状采用线性度好的三角形形状[2]，隶属度函数分布如图2所示。NLNSZPSPLNLNSZPSPLNLNSZPSPL1.00.300.31e(a)0.40.200.20.40.0080.00300.0030.008图3模糊电阻观测器仿真模型e(b)图2e(a),e(b),Rs(c)的隶属度函数Rs(c)在规则编辑器下编辑模糊规则，模糊电阻观测器的模糊规则根据表1模糊电阻Rs推理规则经验列写如表1所示。在模糊规则的推理中，采用Mamdani’s决策法，反模糊化过程采用Centroid法。模糊控制器建立起来后，可用指令readfis将fuzzy推理系统的.fis转换成模糊推理矩阵，读到MATLAB的工作空间，以便仿真时使用。eePLPSZNSNLPLPLPLPLPSZ图3所示。NLZNSNLNLNLRsRs1in1out得到Rs后，可计算出定子电阻Rs为Rs(k)Rs(k1)Rs(k)，PSZPLPLPLPSPSZZNSNSNL其中，k为逆变器的本次开关状态，k1为上一次状态。仿真模型如NSPSZNSNLNLThankyouforusing!Onlytwopagesareconverted.PleaseSignUptoconvertallpages.