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模糊控制在開關(guān)磁阻直線電機上的應(yīng)用

作者： 時間：2011-06-10 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
開關(guān)磁阻直線電機結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機和直線電機優(yōu)勢，電機動子直接與負(fù)載相關(guān)聯(lián)，消除了傳統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)，減少了損耗，降低了成本，同時電機具有起動力矩大，過載能力強，調(diào)速范圍廣等優(yōu)點。相比其他的交流直線電動機，LSRM在高精度加工以及大功率傳輸方面有更廣泛的應(yīng)用前景。但是LSRM是一個多變量高度耦合、非線性很嚴(yán)重的系統(tǒng)，常規(guī)控制方法因為參數(shù)的變化不能在整個工作范圍內(nèi)兼顧穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能要求，難以獲得良好的控制效果。近來發(fā)展起來的 Fuzzy控制是一種仿人智能控制法，它不依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型，便于利用人的經(jīng)驗知識實行控制，這對于一些復(fù)雜可變或結(jié)構(gòu)不確定，難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型描述的系統(tǒng)而言是非常適宜的，具有較強的魯棒性，特別是對于無法確定的復(fù)雜對象具有較好的控制性能。本文用Matlab仿真，通過模糊控制和PD控制的比較，證實了模糊控制在大范圍變動時，動態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)小，且具有良好的魯棒性。為開關(guān)磁阻直線電動機的實際應(yīng)用提供了一種有效的方法。

1 LSRM結(jié)構(gòu)
開關(guān)磁阻直線電動機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，電動機由動子和定子兩部分組成，動子結(jié)構(gòu)件由鋁型材制作，慣性小，磁路隔離效果好，3個相同的繞組安裝在動子上，三相繞組間按互差120°電角度排放；定子導(dǎo)軌由條狀O．5 mm厚的硅鋼片疊成。電動機電氣和機械參數(shù)見表1。

2 LSRM數(shù)學(xué)模型
直線開關(guān)磁阻電動機的單相回路電壓平衡方程為：


式中：Uj為j相繞組的電壓；Rj為j相繞組的電阻；ij為j相繞組的電流；ψj為j相繞組的磁鏈。


這里電感Lj是相電流ij和動子相對位移x的函數(shù)。
將式(1)代人式(2)中，可得：


式中：M是電機動子的質(zhì)量；B是摩擦系數(shù)；x是動子位置；fe是電機產(chǎn)生的電動力。


盡管上述LSRM的數(shù)學(xué)模型從理論上完整、準(zhǔn)確地描述了LSRM電動機中的電磁及力學(xué)關(guān)系，但由于L(x，i)以及i(x)難以解析，使用起來卻很麻煩，往往根據(jù)要求和實際情況做簡化。

3 LSRM線性電感模型
一般在進行開關(guān)磁阻電機控制時對電感模型做線性化處理，在線性模型中做如下假設(shè)：
(1)忽略磁通邊緣效應(yīng)和磁路非線性，且磁導(dǎo)率為無窮大，因此繞組電感是動子位置函數(shù)的分段線性函數(shù)；
(2)忽略所有功率損耗；
(3)功率管開關(guān)動作瞬間完成；
(4)電機恒速運轉(zhuǎn)。
LSRM移動時動子的凸極對應(yīng)定子的凹極時，電感最小，對應(yīng)定子的凸極時，電感最大，電機在運動的過程中，電感會發(fā)生周期性變化，這個周期，稱之為電感周期。本文后面所討論的電流的控制以及瞬時力矩的控制都是在一個電感周期內(nèi)來討論的。電感和定動子相對位置關(guān)系如圖2所示。

      • 4．2 模糊控制器的設(shè)計
         模糊控制器的控制框圖如圖4所示。Ke，Kc為量化因子，Ku為比例因子，輸入量為位移偏差e，位移偏差變化量為△e，控制量為電流i，論域{-6-5-4-3-2-1 0 l 2 3 4 5 6}。
         選取7個常用的語言變量值，即負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(ZE)、正小(PS)、正中(PM)和正大(PB)。位移偏差E，位移偏差變化量EC及控制量I的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。圖5是它們的隸屬度函數(shù)。
         
        6 結(jié) 語
         提出了基于模糊控制的開關(guān)磁阻電機位置控制的方法，與傳統(tǒng)的PD控制器比較，可靠性更高，有更好的過渡過程，抗干擾能力強，能夠達到較好的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。該模糊控制器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易，具有一定的應(yīng)用前景。
         
				
            
                
			
							
        
                
			              
              
            
		
		
        
		
        
		
        
		
        
			
          
				
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