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基於模糊控製的交流伺服係統仿真

2017-6-7 來（lái）源：江（jiāng）西理工大（dà）學電氣（qì）工程與自動（dòng）化學院作者：徐晨峰，陳強

摘要: 交流伺服係統在實際中存在參（cān）數時（shí）變、負載擾動等問題，本文設計了基於模糊（hú）控製（zhì）的速度環控製（zhì）器。利用Simulink 搭建雙閉環伺服係統仿真，其仿（fǎng）真結（jié）果表明，係統的動態響應（yīng）快，超調小及穩（wěn）態精（jīng）度（dù）高。

關鍵詞（cí）: 伺服係統; 模糊控製; 仿真

0.引言

交流伺服係統廣泛應用現（xiàn）代工業中，具有加工精（jīng）度高、生產效率高等特點（diǎn）。伺服係統一般以（yǐ） PID 控製方式為主。傳統 PID 控製實現較為簡（jiǎn）單，且控製效果較佳，然而伺（sì）服係統存在參數時變、負載阻力擾動等（děng）問題，傳（chuán）統 PID較難滿足實際要求［1－4］，因（yīn）此，采用更加有效可靠的控製方式也就尤為必要（yào）。模糊控製是一種典型的智能控製方法，它同樣廣泛地應用（yòng）於工業生產中，如數控機床、機器人、溫度控製、反應等［5－6］。模糊控製不需要依靠受控對象的數學模型，避免了煩瑣的運算以及較多可能產生的（de）誤差。本（běn）文將模糊控製與 PID 相結合，將模糊 PI 應（yīng）用（yòng）於速（sù）度（dù）環控製器中，以此建立雙閉環伺服係統。通過仿真對比，表明模糊 PI 控製較（jiào）之傳統 PID 控製具（jù）有更快（kuài）的動態響應快、超調小以及穩（wěn）態精度高（gāo）。

1.伺服（fú）係統（tǒng）

近（jìn）年來，對交流伺服係統的研（yán）究（jiū）主要集中在兩個方麵: 控製策略、永磁同步（bù）電機。永磁同步電機控製比較適合於數控機床的加（jiā）工，其主要用途在於驅動（dòng）中小容量。伺服係統主要采用三環( 位置環、速度環、電（diàn）流環) 控製技術，為（wéi）解決係（xì）統中的電流諧（xié）波問題，常采用脈衝寬度調製技（jì）術，包括正弦波調製、空間矢量調製等（děng）。A．Ｒ． Beig 等人於 2007年提出了空間矢量脈寬調製算法，並通過與正弦（xián）波調製（zhì）的對比實驗，證實了空間矢量脈寬調（diào）製技術（shù）可以減少電流諧波（bō），並能夠（gòu）進一步（bù）擴大逆（nì）變器功率的使用範（fàn）圍。本文（wén）的伺服係統采用的是（shì） SVPWM 技術，有關 SVPWM 技術的原理已有很多文獻說明［7－10］，其算法流程如圖（tú） 1 所示。

圖 1 算法實現流程圖（tú）

2.模糊控製

2. 2 模糊控製原理

2. 3 模糊控製器的設計步驟

模糊控製器的設計步驟（zhòu）分為以（yǐ）下四步:(1) 確定模糊控製器輸入輸出變量（liàng）

(2) 隸屬度函數的選擇

常（cháng）用的隸屬函數有三角（jiǎo）函數形和正態（tài）函數型。正態函數型因計算量大，適用於對係統快速性（xìng）要求較低的（de）場合。三角隸屬函數計算工作量相對少許多且（qiě）精度也（yě）能達到滿意的特點，因此本文（wén）選擇三（sān）角隸屬函數。

(3) 設計模糊控製規則

模糊控製規則是設計（jì）模（mó）糊 PI 控製器的關鍵，主要由專家知識和操作人員的實際操作經驗得到的（de）。當偏差較大時，控製（zhì）規則應盡（jìn）快消除（chú）誤差為主，當偏差較小時，控製規則應以係統的穩定性為主。

(4) 論域、量化因子和比例因（yīn）子的選擇

3.模糊 PI 控（kòng）製器的設計

根據前人的經（jīng）驗，被控過程對（duì）參數 kp、ki的（de）自整定要求如下:( 1) 當偏差 e 較大時，為了加（jiā）快係統的響應速度，應取較大的 kp; 同時為了（le）防止係統響應出現較大的超調，產生積分飽和，應對積分作用加以限製，通常（cháng）取 ki= 0，去掉積分作（zuò）用;

表 1 Δkp| Δki模糊控製（zhì）規則表

4.仿真分析

首先，建（jiàn）立係統模型，如圖 3 所示。

圖 3 采用空間矢量脈寬調製技術的係統仿真模型

根據上述參數，建立模糊 PI 控製器（qì）仿真（zhēn）模型，如圖 4所示。並替換掉原來的速度調節器。kp的初始值取 0. 2，ki的初始值取 6。

圖 4 模糊（hú） PI 控製器模型

(1) 電機以額定轉矩 2Nm 起動，給定轉速為 200r/min，圖（tú） 5、圖 6 是模糊 PI 與傳統 PI 係統性能對（duì）比。與（yǔ）傳統 PI 控製相比，模糊 PI 控製的轉速調整時間有所減小，而且無超調; 轉矩基本無脈動，而且轉矩達到額定轉矩的（de）時間更快。因此滿載起動時（shí），模糊 PI 控製的係統性能更好，響應速度更快（kuài）。

5.結（jié）束語

本文（wén）采用模糊控製對交流（liú）伺服係統的速度環控製器參數進行優化，減小了負（fù）載擾動對伺服（fú）係統的影響，提高了係統的響應速度。仿真結果（guǒ）表明: 基於模糊控（kòng）製的雙閉環伺服係統具有超調（diào）量小、響應快（kuài）的伺服性能（néng）。

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