矢量控制理論流傳動的發(fā)展獲得了質(zhì)的飛躍，得到了與直流傳動系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動態(tài)性能。但是，矢量控制理論對電機(jī)參數(shù)的依賴性很大，而電機(jī)參數(shù)則具有一定的時變性。電機(jī)電阻存在的不確定性較大，達(dá)到標(biāo)稱值的150%；同時，電機(jī)電感的不確定性變化較快。矢量控制對參數(shù)變化的敏感性使得實際系統(tǒng)難以保證完全解耦，實際控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果。

本文依據(jù)多模型自適應(yīng)控制理論，根據(jù)被控對象存在的參數(shù)的不確定性，對被控對象電機(jī)系統(tǒng)建立了多個模型，并相應(yīng)地設(shè)計了多個控制器，基于設(shè)定切換原則和與實際電機(jī)系統(tǒng)最為匹配的模型，這些控制器對被控對象電機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)了最佳調(diào)節(jié)。這樣就解決了常規(guī)自適應(yīng)控制所無法解決的電機(jī)電阻存在的較大不確定性及電機(jī)電感的不確定性變化較快等難點問題。

多模型自適應(yīng)控制概述

多模型自適應(yīng)控制（Multiple Model Adaptive Control）于20世紀(jì)70年代研制成功，并在90年代再度成為自適應(yīng)控制的一個研究熱點，這一研究實際上是對傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法的一種推廣。

1.1 多模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的組成

多模型自適應(yīng)控制器主要由模型集、控制器集、切換原則三部分組成。

1.2 模型集的建立

多模型自適應(yīng)控制是用多個模型逼近系統(tǒng)的不確定性，并在多個模型的基礎(chǔ)上建立控制器進(jìn)行控制的，因此模型集的建立、元素模型的多少將直接影響控制的精度和性能。本文采用動態(tài)優(yōu)化模型集法，利用自適應(yīng)模型和固定模型共同組成模型集。

1.3 多模型自適應(yīng)控制器的構(gòu)成

多模型自適應(yīng)控制器首先根據(jù)每個元素模型構(gòu)成元素模型控制器，然后根據(jù)某一性能指標(biāo)的切換函數(shù)將被控系統(tǒng)的控制器切換至使性能指標(biāo)為最小的元素模型控制器上。

2 基于多模型自適應(yīng)控制器的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的多模型描述

在轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)系M_T中，根據(jù)參考文獻(xiàn)［7］，對感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)描述如下：

式中：

在變頻調(diào)速過程中，b12的變化區(qū)間為［b21，b21］，將b21的攝動區(qū)間功分為12個區(qū)間，即將電機(jī)參數(shù)模型集Ω分成12個模型子集Ωi（i=1，2Λ12），并且這些模型子集滿足：

對固定模型建立如下指標(biāo)切換函數(shù)：

式中，α為遺忘因子，滿足0《α《1 i=1，2Λ12 在固定模型輸出參數(shù)的同時，兩個自適應(yīng)模型也同步采用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)辨識，以得出電機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)：

對自適應(yīng)模型建立如下指標(biāo)切換函數(shù)：

式中，L=1，2。在每個采樣周期，分別根據(jù)性能指標(biāo)（5）和（7）求取最接近電機(jī)系統(tǒng)的模型參數(shù)和辨識參數(shù)：

如果L（τ）≤i（τ），則表明此時模型集中有一個自適應(yīng)模型與真實的電機(jī)模型最為匹配，選擇該模型參數(shù)作為當(dāng)前時刻的對象模型參數(shù)，即θ（k）=θ“L（k）；并且如果此時L=2，則對第一個自適應(yīng)模型重新設(shè)定初值，即θ1（k）=θ”2L（k）。反之，如果i（τ）≤L（τ），則表明此時模型集中的某個固定模型與真實的對象模型最為匹配，于是θ1（κ）=θi（κ），同時對第一自適應(yīng)模型重新賦初值。

2.2 多模型自適應(yīng)控制器的系統(tǒng)實現(xiàn)

基于多模型自適應(yīng)控制器實現(xiàn)的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖4所示。

2.3 仿真研究

選用的電機(jī)參數(shù)如下：電機(jī)型號為JQ2-52-4，額定功率為10kW，額定電壓為380V，額定電流為19.8A，額定轉(zhuǎn)速為1450r/min，額定頻率為50Hz。Rs=1.33Ω，Lm=0.2865H，Lr=0.3005H，Rr=1.12Ω，Ls=0.2942H，J=0.0618kg%26;#183;m2。轉(zhuǎn)子電阻攝動40%時，由圖2可見，傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)的最大動態(tài)速降為74.5r/min，相當(dāng)于4.9%；由圖3可見，多模型控制系統(tǒng)的最大動態(tài)速降為57.3 r/min，相當(dāng)于3.9%；由圖4可見，額定負(fù)載擾動時，多模型控制系統(tǒng)的最大動態(tài)速降為42.2 r/min，相當(dāng)于2.9%。

仿真結(jié)果表明，多模型控制器實現(xiàn)的變頻調(diào)速系統(tǒng)比傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)具有更為優(yōu)良的動、靜態(tài)性能。 采用自適應(yīng)模型和固定模型共同組成的具有動態(tài)調(diào)整能力的動態(tài)優(yōu)化模型集，模型集每個時刻都在發(fā)生變化，以此逼近“真實“電機(jī)系統(tǒng)?；诠潭Ｐ驮O(shè)計的控制器保證了響應(yīng)速度，而基于自適應(yīng)模型設(shè)計的控制器保證了精度。

由于多模型自適應(yīng)控制器實現(xiàn)的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)離線地將電機(jī)參數(shù)存在的不確定性進(jìn)行了分區(qū)處理，可解決常規(guī)自適應(yīng)控制所無法解決的電機(jī)電阻存在的較大不確定性及電機(jī)電感的不確定性變化較快等難點問題。針對電機(jī)參數(shù)存在的不確定性，由多模型自適應(yīng)控制器組成的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在不同的頻率區(qū)段采用不同的控制器。系統(tǒng)具有優(yōu)良的動靜態(tài)性能，為實現(xiàn)高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)提供了一條新的思路。

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