感應電機伺服驅動系統自適應控制研究
魏偉1，許勝輝2，郭新超3
（1華中科技大學電氣學院，武漢430074；2武漢職業技術學院電信系，武漢430074
3武漢凱力科技發展有限公司，武漢430074）
摘要：針對傳統感應電動機伺服驅動系統的位置與速度外環PI控制的結構復雜、雙閉環耦合及對參數等不確定性擾動魯棒性差的問題，在直接轉矩控制理論將感應電動機的轉矩與磁鏈解耦的基礎上提出了基于動態神經網絡的自適應控制方案，簡化了控制系統結構，它可隨著伺服驅動系統的運行工況而改變控制系統的結構參數，大大提高了伺服驅動系統對參數變化的魯棒性，同時，也較好地改善了伺服驅動控制系統的動態及穩態性能。最后通過實驗驗證了該控制系統的有效性和可行性。
關鍵詞：伺服驅動系統；感應電動機；自適應控制；動態神經網絡；直接轉矩控制；魯棒控制
中圖分類號：TM273+2：TM343 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848 (2010)01-0029-04
0引 言
伺服驅動系統簡稱為伺服糸統，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統。交流伺服系統具有良好的性價比，得到了廣泛地應用，如需要精確定位的工業裝備、生產線、木材加工、紡織和印刷等行業早已經成為交流伺服系統的主要應用領域。為了達到響應決、定位精確，伺服控制系統一般采用速度、位置和電流三個閉環的控制結構。傳統的控制方法不僅控制結構復雜，而且由于感應電機驅動系統是非線性多變量時變的系統，很難達到工藝的要求[3，4]。本文是在混合滑模變結構的轉矩與磁鏈控制的基礎上，提出了基于神經網絡自適應控制器的伺服驅動系統。
1 感應電機伺服系統的模型描述
轉矩與磁鏈控制作為內環，而速度及位置控制作為外環，由直接轉矩控制理論可知，轉矩與磁鏈的內環控制可以將系統解耦成一個簡單的線性系統。按定子磁鏈定向，同步轉速兩相坐標系d軸作為定向坐標，即內軸系沿著定子磁場定向，則定子磁鏈有如下關系式：  由文獻[3]及機械運動方程，可以得到感應電機伺服系統的模型表示如下：
式中，J轉動慣量；B阻尼系數；θr轉子位置；T1負載轉矩；Te電磁轉矩；Kt轉矩系數；isq定子電流的轉矩分量。
定子磁鏈設置為恒定值，定子磁鏈的控制選用了開環的控制方式，如果忽略定子磁鏈的暫態過程，這樣驅動系統可以簡化為只有以定子電流交軸分量i。作為輸入的二階線性系統。輸入變量用U替代，驅動系統的機械運動方程式(3)可以
寫成
因此，伺服感應電動機驅動系統的結構框圖如圖l所示，其中負載轉矩作為一個擾動加到電磁轉矩上。
2基于遞歸型神經網絡的自適應控制
2.1控制系統結構
在沒有擾動的標稱條件下，采用傳統的位置速度PID控制器[5]，系統可以得到滿意跟蹤精度和良好的動態響應特性，其控制系統的結構框圖
如圖2所示。
實際應用中的參數變化、負載擾動及位置環與速度環之間的動態耦合關系往往會導致PID控制系統的性能變差，以至于無法得到滿意的控制精度。為了解決這個問題，同時簡化控制系繞結構，本文采用遞歸型小波神經網絡控制器( RWNC)代替位置、速度PID控制器，其控制系統框圖如圖3所示。
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