基于模糊自適應adrc的無刷直流電機電流控制
權(quán)東，全力
（江蘇大學電氣信息工程學院，鎮(zhèn)江212013）
摘要：針對傳統(tǒng)pid控制下無刷直流電機電流脈動較大，轉(zhuǎn)矩脈動顯著的問題，在研究電機數(shù)學模型和自抗擾控制器原理基礎上，提出一種基于模糊自適應adrc的無刷直流電機電流控制器。采用模糊推理方法對adrc參數(shù)在線自整定，將電機電流脈動等視為系統(tǒng)的未知干擾，利用該文設計的控制器以改善饋電電流波形，抑制電機轉(zhuǎn)矩脈動。實驗結(jié)果驗證了所提出控制方案的有效性，是一種新型的無刷直流電機電流控制方式。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機；電流；模糊自適應；自抗擾控制器
中圖分類號：tm36 +1; tm273+ 2 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)0i-0073-04
0引言
無刷直流電機是一個多變量非線性系統(tǒng)，由于電樞反應的非線性、換相續(xù)流等多方面原因，其電流脈動比較明顯；實際控制中，難以得到理想方波電流，限制了其在精度較高的伺服系統(tǒng)中應用。傳統(tǒng)pid控制直接選取誤差作為控制信號，導致響應快速性與超調(diào)性矛盾的出現(xiàn)；且其本身自有的相移效應亦對要求反電勢、電流同相控制的無刷直流電機控制不利。針對這一問題，神經(jīng)網(wǎng)絡、傅里葉分析、預測控制及滯環(huán)控制等被用于無刷直流電機控制以改善電機運行性能，并取得了一定的效果。
自抗擾控制器( adrc)由跟蹤微分器(td)方程，擴張狀態(tài)觀測器(eso)方程，非線性狀態(tài)誤差反饋( nlsef)方程組成。該控制器能自動檢測系統(tǒng)模型的實時作用并予以補償，控制對象參數(shù)發(fā)生變化或遇到不確定擾動時都能得到很好的控制效果，具有較強的適應性和魯棒性，并已成功應用于一些系統(tǒng)的控制。針對adrc非線性反饋參數(shù)不易在線合理整定問題，結(jié)合模糊推理與ad-rc的優(yōu)勢，本文研究了一種基于模糊自適應ad-rc控制策略，并將其應用于無刷直流電機電流調(diào)節(jié)器的設計，以期提高系統(tǒng)魯棒性，達到減小電流脈動的目的。在自建樣機實驗平臺上進行了實驗研究，實驗結(jié)果充分驗證了該控制方案有效性，能較好地改善饋電電流波形，抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈動。
1 無刷直流電機數(shù)學模型
研究星形連接的表貼式隱極無刷直流電機，為了簡化分析，作出以下假設：
①定子繞組為相帶整距繞組；
②不考慮齒槽效應和磁路飽和；
③忽略磁滯、渦流、集膚效應和溫度對參數(shù)的影響；
④三相定子繞組對稱。
無刷直流電機電壓平衡方程式：
電磁轉(zhuǎn)矩方程：
機械運動方程：
2 自抗擾控制原理
自抗擾控制器( adrc)是在對經(jīng)典pid控制器進行反思后，提出的一種的改進型非線性pid控制器結(jié)構(gòu)，由跟蹤微分器(td)、擴張狀態(tài)觀測器(eso)、非線性狀態(tài)誤差反饋( nlsef)控制律三部分組成。以二階受控對象為例，adrc結(jié)構(gòu)如圖l所示。
二階td安排過渡過程并提取其各階微分信號，即參考輸入產(chǎn)生2個輸出信號，是根據(jù)對象能力與控制需要安排的光滑過渡過程的近似微分。
三階eso由被控對象的輸出y(t)來估計對象的狀態(tài)變量和對象總擾動的實時作用量（系統(tǒng)模型和外擾動的估計）。誤差經(jīng)非線性組合，得到輸出：
自抗擾控制器能自動檢測系統(tǒng)模型的實時作用并予以補償，控制對象參數(shù)發(fā)生變化或遇到不確定擾動時都能得到很好得控制效果，故其自適應性和魯棒性較好。
3模糊自適應adrc設計
adrc控制參數(shù)的合理選取對其控制性能具有較大的影響。其中，非線性反饋比例系數(shù)p1與微分增益島的整定主要依靠設計 |
