基于模糊自适应云模型的双永磁同步电机矢量控制方法与流程

本发明属于永磁同步电机控制领域，涉及一种双永磁同步电机同步协调控制系统，特别涉及一种双永磁同步电机矢量控制中转速环的参数控制方法。

背景技术：

永磁同步电机由于其体积小、性能好、结构简单、可靠性高、输出转矩大等优点，使它的应用领域不断扩大，然而永磁同步电机具有惯性大、非线性、模型参数不确定以及存在扰动等特点，对系统进行控制器设计时会遇到很大困难，简单的PID控制器已经不能满足要求。

在基于云模型永磁同步电机的矢量控制中，云模型控制器的驱动系数需用人工方式进行调节，但当永磁同步电机受外界干扰时，原有的云模型控制器特性不能随之动作相应变化，将导致控制效果变差。因此，在基于交叉耦合结构的双永磁同步电机的矢量控制系统中，为实现转速的同步控制，如何实现在线动态调整云模型控制器的驱动系数，成为现有技术亟待待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种基于模糊自适应云模型的双永磁同步电机矢量控制方法，其可改善系统的动、静态性能，超调量小，增强双永磁同步电机同步运行的协调性能，且鲁棒性强。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于模糊自适应云模型的双永磁同步电机矢量控制方法，包括如下步骤：

(1)采集两台永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c，将其变换为d-q坐标系下每台永磁同步电机的实际电流值i_d、i_q；

(2)采集两台永磁同步电机的位置信号，并得到两台永磁同步电机各自的转速反馈信号；

(3)根据两台永磁同步电机各自的转速偏差e以及偏差的变化率ec，采用模糊控制器，分别对其进行模糊化、模糊推理决策以及解模糊，对一维云模型控制器中的驱动系数K_P、K_I、K_D进行优化，最后得到适合两台永磁同步电机最优的驱动系数K_P、K_I、K_D；

(4)对两台永磁同步电机，分别将各自的转速偏差e，偏差的积分值ei，偏差的变化率ec作为一维云模型映射器的3个输入量，经过云模型不确定性推理，分别得到输出控制量U_P、U_I、U_D，经过优化的驱动系数K_P、K_I、K_D的分别放大，最终经过加权平均处理或逆向云输出并求和作为q轴电流的实际输入；

(5)通过经模糊自适应云模型控制器的参数整定后得到给定的i_sq^*，求得与反馈的i_q的差值，再通过电流环的PI调节器进行调节，得到旋转正交坐标系下给定的电机电压u_d^*、u_q^*，然后经反park变换得到静止两相正交坐标系下给定的电机电压u_α^*、u_β^*；

(6)将得到的给定的电机电压u_α^*、u_β^*作为三相逆变器的直流母线输入电压，通过三相电压源型逆变器产生SVPWM波，输出相应的三相电流i_a、i_b、i_c来控制永磁同步电机跟随给定的信号；

(7)通过交叉耦合同步控制结构来实现两台永磁同步电机之间的转速交叉耦合，每台永磁同步电机单元的反馈信号包含两部分，自身单元的转速反馈和电机单元之间的转速差值反馈，其中K₁、K₂分别为两台永磁同步电机单元的反馈调节系数，通过各自的基于模糊自适应云模型的转速环控制器进行实时参数自整定，最终实现两台电机的转速同步。

上述步骤(1)中，永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c由各自的霍尔传感器分别采集得到。

上述步骤(2)中，永磁同步电机的位置信号由各自的转子位置检测器采集得到。

上述步骤(2)中，所述的转速反馈信号由位置信号进行微分得到。

上述步骤(3)中，模糊控制器采用二维模糊控制器，设计为两输入三输出模糊控制器，以偏差e＝ω^*-ω及其偏差的变化率ec＝e(k)-e(k-1)为输入，一维云模型驱动系数的调整量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D为输出。

采用上述方案后，本发明利用模糊算法结合云模型控制，并将其运用于永磁同步电机的矢量控制系统中，取代永磁同步电机矢量控制中的转速环PI控制器，再以此为基础，构建基于云模型控制器的双永磁同步电机交叉耦合结构，实现双电机的同步协调控制。通过云模型控制器的不确定性推理，分别得到输出控制量U_P、U_I、U_D，再经过模糊推理对上述云模型控制器中的驱动系数K_P、K_I、K_D进行在线整定，经过加权平均处理最终得到系统的实际输出控制量。本发明依据系统实时偏差e、偏差的积分值ei，以及偏差的变化率ec，系统的自适应性强、且不依赖于控制对象的数学模型，可以改善系统的动、静态性能，超调量小，增强双电机同步运行的协调性能，且具有很强的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明的整体原理框图；

图2是本发明中一维云模型控制器的原理框图；

图3是本发明中模糊控制器的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于模糊自适应云模型的双永磁同步电机矢量控制方法，可通过设置控制器、功率驱动单元、永磁同步电机(PMSM)、转子位置检测器(BQ)和测速反馈环节(FBS)组成，具体的控制方法包括如下步骤：

(1)配合图1所示，通过两台电机各自的霍尔传感器分别采集永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c，然后通过Clarke变换以及Park变换将其变换为d-q坐标系下每台永磁同步电机的实际电流值i_d、i_q；

(2)通过两台电机各自的转子位置检测器(BQ)采集永磁同步电机的位置信号，并经各自的测速反馈环节(FBS)得到两台永磁同步电机各自的转速反馈信号；其中，所述的测速反馈环节(FBS)即为转子位置信号检测器(BQ)采集的位置信号，并对位置信号进行微分即可得到；

(3)如图3所示，根据两台电机各自的转速偏差e以及偏差的变化率ec，采用模糊控制器，分别对其进行模糊化、模糊推理决策以及解模糊等步骤，对一维云模型控制器中的驱动系数K_P、K_I、K_D进行优化，最后得到适合两台永磁同步电机最优的驱动系数K_P、K_I、K_D；在本实施例中，模糊控制器采用二维模糊控制器，设计为两输入三输出模糊控制器。以偏差e＝ω^*-ω及其偏差的变化率ec＝e(k)-e(k-1)为输入，一维云模型驱动系数的调整量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D为输出；

(4)如图2所示，对两台永磁同步电机，分别将各自的转速偏差e，偏差的积分值ei，偏差的变化率ec作为一维云模型映射器的3个输入量，经过云模型不确定性推理，分别得到输出控制量U_P、U_I、U_D，经过优化的驱动系数K_P、K_I、K_D的分别放大，最终经过加权平均处理或逆向云输出并求和作为q轴电流的实际输入；

在本实施例中，一维云模型映射器的定量输入为e、ei、ec，其输出控制分量为U_P、U_I、U_D，具有类似传统PID控制器的3个控制分量的比例控制、积分控制和微分控制功能，但本质不同。一维云模型控制器的输出控制分量U_P、U_I、U_D可以按照被控制对象的变化进行有效自动调节控制对象，还能根据工程需要满足被控制对象所需的各种线性和非线性的映射要求。

(5)如图1所示，通过经模糊自适应云模型控制器的参数整定后得到给定的i_sq^*，求得与反馈的i_q的差值，再通过电流环(ACR)的PI调节器进行调节，得到旋转正交坐标系下给定的电机电压u_d^*、u_q^*，然后经反park变换得到静止两相正交坐标系下给定的电机电压u_α^*、u_β^*；

(6)将得到的给定的电机电压u_α^*、u_β^*作为三相逆变器的直流母线输入电压，通过三相电压源型逆变器产生SVPWM波，输出相应的三相电流i_a、i_b、i_c来控制永磁同步电机跟随给定的信号；

(7)通过交叉耦合同步控制结构来实现两台永磁同步电机之间的转速交叉耦合，每台永磁同步电机单元的反馈信号包含两部分，自身单元的转速反馈和电机单元之间的转速差值反馈，其中K₁、K₂分别为两台永磁同步电机单元的反馈调节系数，通过各自的基于模糊自适应云模型的转速环控制器进行实时参数自整定，最终实现两台电机的转速同步。

综合上述，本发明一种基于模糊自适应云模型的双永磁同步电机矢量控制方法，是一种在基于交叉耦合控制结构的永磁同步电机矢量控制系统中，转速环的参数自整定方法，其在传统电机矢量控制转速环采用PI控制器的基础上，用云模型控制结合模糊控制算法来取代传统的PI调节器，采用云模型控制器系统可以根据实时转速偏差e，偏差的积分值ei，偏差的变化率ec，通过云模型推理规则，输出相应的控制分量U_P、U_I、U_D，实质上，在控制的物理意义上，这3个控制分量具有类似传统PID控制器的3个控制分量的功能，但是又有本质的不同。采用模糊控制，系统可以根据转速偏差e、偏差的变化率ec，通过制定模糊控制规则，实现在线动态调整云模型控制器中的驱动系数K_P、K_I、K_D。本发明提出的控制方法实现在线动态调整转速环的控制分量以及驱动分量，改善了系统的动、静态性能，且具有很强的鲁棒性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。