王書禮

摘 要：筆者將圍繞交流電機(jī)控制系統(tǒng)，闡述并分析應(yīng)用于其中的控制計(jì)算方法類型，探究不同類型控制計(jì)算方法的優(yōu)勢、缺陷與差異，論述各種計(jì)算方法如何控制系統(tǒng)數(shù)值從而降低外界環(huán)境和因素對控制系統(tǒng)的不當(dāng)干擾、起到增強(qiáng)控制穩(wěn)定性的作用。筆者將結(jié)合個人參與工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)交流電機(jī)控制系統(tǒng)的功能性，并對其日后改革趨勢提出展望。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī)控制系統(tǒng)；計(jì)算方法；PI

隨著電子計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，交流電機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳動速度增快、傳動范圍拓展、傳動反饋迅速及時等功能優(yōu)化，不再依靠單機(jī)傳動，轉(zhuǎn)而使用多臺交流電機(jī)聯(lián)合運(yùn)作的方式，起到優(yōu)化交流電機(jī)組織結(jié)構(gòu)、提升交流電機(jī)運(yùn)作穩(wěn)定性與安全性、節(jié)約生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本、擴(kuò)大適用范圍等優(yōu)勢與作用。改革后的交流電機(jī)控制系統(tǒng)能夠在相對惡劣的工作條件下良好運(yùn)行，有效彌補(bǔ)了單機(jī)傳動的不足與問題。下文中，筆者將結(jié)合電機(jī)控制科學(xué)理論，闡述交流電機(jī)控制系統(tǒng)的各部分組成，探究其功能的實(shí)現(xiàn)路徑，并對比分析幾種不同的交流電機(jī)控制系統(tǒng)，論析其中的優(yōu)勢與不同之處。

1 PI控制器算法

PI控制器計(jì)算方法首先是一種適用性最高、操作最簡單方便、工作效率最高的控制計(jì)算方法，因而被普遍適用在交流電機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中。

交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)器均使用PI控制器。但交流電機(jī)是一個強(qiáng)藕合的非線性對象，并且其應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜且常常存在各種于擾，電機(jī)參數(shù)也會在運(yùn)行過程中發(fā)生變化。因此，PI控制器在交流電機(jī)調(diào)速中由于自身特點(diǎn)還存在不足，例如：PI控制器直接獲取目標(biāo)和實(shí)際之間的誤差，這樣就會由于初始控制力太大而出現(xiàn)超調(diào)，從而無法解決快速性和穩(wěn)定性之間的矛盾。近年來，出現(xiàn)了模糊PI}n、自適應(yīng)PIE、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PIm等新型PI控制器，在一定程度上改善、提高了交流電機(jī)的調(diào)速性能。

2 模糊控制算法

模糊控制同是利用模糊集合來刻畫人們?nèi)粘Ｋ褂酶拍钪械哪：?，使控制器更逼真模仿熟練操作人員和專家的控制經(jīng)驗(yàn)與方法。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變蘭及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。摸糊控制的突出特點(diǎn)：無需建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型；系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適應(yīng)于解決常規(guī)控制難以解決的非線性、時變及滯后問題：以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量；推理過程模仿人的思維過程，借鑒專家的知識、經(jīng)驗(yàn)，處理復(fù)雜的控制問題。

3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是依據(jù)人腦生物微觀結(jié)構(gòu)與功能模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)而建立的模型，其主要功能是模擬人腦的思維方式工作，具有自學(xué)習(xí)、并行處理和自適應(yīng)等能力。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀的學(xué)習(xí)和非線性逼近能力，提出許多基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方案，從而改善系統(tǒng)的收斂性、橡定性和魯棒性等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在交流調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用的一個主要問題是算法比較復(fù)雜，大多以仿真形式實(shí)現(xiàn).控制效果有待于在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)一步檢驗(yàn)。但與其他比較成熟的學(xué)科相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論還很不成熟，如計(jì)算較復(fù)雜，計(jì)算量大，難以滿足實(shí)際控制要求，訓(xùn)練學(xué)習(xí)時算法收斂性問題等。

4 滑模變結(jié)構(gòu)控制算法

滑模變結(jié)構(gòu)控制根據(jù)被調(diào)量的偏差及導(dǎo)數(shù).有目的地使系統(tǒng)沿著設(shè)計(jì)好的“滑動模態(tài)”的軌跡運(yùn)動，與被控對象的參數(shù)和擾動無關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的奢棒性。一般來說，它根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)選擇兩個控制輸人之一，相當(dāng)于系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)，即使非線性對象快速到達(dá)預(yù)定的所謂“開關(guān)面”（也稱“滑動面”），并使其沿著該開關(guān)面滑動，這時稱系統(tǒng)處于滑動模態(tài)（Sliding Mode）。然而并不是所有系統(tǒng)都可實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計(jì)時必須先判斷滑動模是否存在。理想的滑模變結(jié)構(gòu)控制可以使對象在滑動面上平滑運(yùn)動，但是實(shí)際上由于器件存在延時和滯環(huán)，所以系統(tǒng)進(jìn)人滑動態(tài)后不可避免地會出現(xiàn)抖振（Chattering）.即在滑動面附近高頻顫動。這可能引起設(shè)備毀壞等事故。因此，在電機(jī)交流控制系統(tǒng)中如何削弱抖動而又不失強(qiáng)魯棒性，是目前研究的主要問題。

5 自抗擾控制算法

自抗擾控制器由跟蹤一微分器（TD）、擴(kuò)張的狀態(tài)觀測器（ESO）和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律（NLSEF）3部分組成。利用自抗擾控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，它能利用“擴(kuò)張狀態(tài)觀測器”實(shí)時估計(jì)并補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)動時受到的各種外擾以及系統(tǒng)機(jī)理本身決定的內(nèi)擾總和，使其變?yōu)榫€性系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型一積分串聯(lián)型，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)反饋線性化，結(jié)合特殊的非線性反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的控制品質(zhì)。

自抗擾控制策略具有如下優(yōu)點(diǎn)：安排過渡過程解決快速和超調(diào)間的矛盾；不用積分反饋也能實(shí)現(xiàn)無靜差.避免積分反饋的副作用；統(tǒng)一處理確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)的控制間題；抑制外擾，不一定要知道外擾模型或直接測量；如果對象是非線性、線性，或者控制對象的時間差異不大，則可以使用自抗擾控制算法；如果控制對象不需要辨識，可以使用自抗擾控制算法。在科學(xué)技術(shù)的研發(fā)帶動下，自抗擾控制算法也進(jìn)一步改革和優(yōu)化，使用了模型配置自抗擾控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制器等新型控制器。

綜上所述，不同類型的交流電機(jī)控制算法具有不同的特色與優(yōu)勢，現(xiàn)實(shí)情況中，應(yīng)當(dāng)從生產(chǎn)實(shí)踐的需求、經(jīng)濟(jì)成本等眾多條件出發(fā)，確?？刂扑惴軌驖M足交流電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求、功能性?，F(xiàn)階段，我國在交流電機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法應(yīng)用方面已經(jīng)相對成熟，有關(guān)單位與工作人員應(yīng)當(dāng)不斷提高自身的專業(yè)能力，解決交流電機(jī)控制系統(tǒng)控制算法應(yīng)用中的各種問題，繼續(xù)簡便控制算法，降低外界環(huán)境與因素對家里電機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，學(xué)習(xí)并研究國內(nèi)外關(guān)于控制算法的最新理論、成功案例，從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，嘗試新技術(shù)、新方法的使用，不斷提升交流電機(jī)控制系統(tǒng)的功能性。

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（作者單位：遼寧通用航空研究院）