模糊自适应控制的异步电动机系统研究孙霞
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SUN Xia1， WANG Wei1， ZHANG Xin-zhong2， GUO Xiu-rong1 (1. Shandong University of Science and Technology，Tai’an 271019， China； 2. Tai’an Power Supply, Tai’an 271000，
TL Tm
A
Machines
Demux
isabc
is_abc
关键词： 模糊自适应控制； PID； 异步电动机； 矢量变换； MATLAB 仿真 中图分类号： TP273 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2013）01 － 0183 － 02
Research of Mine Asynchronous Motor System Based on Fuzzy Self-adaptive Control
电枢回路电流的调节由转矩 PI 调节器实现。 矢量变
换调速系统结构原理图如图 2。
ωref + Δω 转速 PID isq* + Δisq 转矩 PI usq*
ua
-
调节器 -
ω
调节器
d，q
ub
SPWM 信号发
磁通 isd*+ 函数表 -
Δisd 磁通 PI usd* 调节器
uc a，b，c
生器
iq id
d，q
iβ
α，β iα
θ
ia
α，β
ib
a，b，c ic
ia
θ 电流型 转子磁
ib
链观测器
ic
ω
逆 变 器
异步 电机
* 泰安市科技发展计划项目（20102030）
图 2 矢量变换ຫໍສະໝຸດ Baidu速系统结构原理图
183
Vol.34 No.01
模糊自适应控制的异步电动机系统研究— ——孙 霞，等
第 34 卷第 01 期
φr=
Lm Tr p+1
isd
（1）
式中 Tr— ——转子时间常数，Tr＝Lr/Rr；
Lr— ——转子等效两相绕组自感；
Rr— — — 转 子 电 阻 ；
Lm— ——定子和转子两相等效绕组互感最大值。
乙t
转子磁场位置 θ= （ωr＋ωs）dt 计算，其中 0
ωs＝
Lmisq Tr φr
（2）
根 据 式 （1） 和 式 （2）， 计 算 转 子 磁 链 大 小 和 位 置 的原理如图 1。
第 34 卷第 01 期 2013 年 01 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.34No.01 Jan. 2013
模糊自适应控制的异步电动机系统研究 *
孙 霞 1， 王 威 1， 张新忠 2， 郭秀荣 1 (1． 山东科技大学， 山东 泰安 271019； 2. 泰安供电公司， 山东 泰安 271000)
ia，ib，ic 通过三相静止坐标系到两相静止坐标系的变 换及其逆变换（3S/2S 变换）和两相静止坐标系到两
相旋转坐标系的变换及其逆变换（2S/2R 变换）实现
和励磁分量 isd 及转矩分量 isq 之间的变换。 要想实现如上变换，必须已知转子磁场大小和
位置， 这里给出励磁分量 isd 与转子磁场 大小 φr 的 函数关系：
sin cos
isq iA
ωs ++
1 p
θ
+
iB
3S/2R
Tr/Lm
iC
isd
Lm
Tr p+1
φr
ωr
图 1 转子磁链电流模型
矢量变换的调速系统由 3 个调节器实现， 其中
等效励磁回路电流的调节由 d 轴磁通 PI 调节器实
现 ，转 速 的 调 节 由 q 轴 转 速 PID 调 节 器 实 现 ，等 效
摘 要： 针对异步电动机调速系统的非线性和结构参数易变等特点，采用矢量变换，将模糊控 制和 PID 控制结合起来，建立了模糊自适应 PI 调速系统的双闭环模糊控制仿真模型，对异步电动 机模型参数进行分析整定。 MATLAB 仿真结果表明该控制器与常规 PID 相比较，具有良好的稳态 精度和自适应能力，没有超调和振荡，明显改善了系统的动态性能，并且具有较强的鲁棒性，为煤 矿安全生产发挥了重要的作用。
China)
Abstract: According to disadvantages that traditional PID control is difficult to adjust PID parameter for nonlinear and time-variant mine asynchronous motor speed control system, this paper designs fuzzy self -adaptive PI speed control system with double closed -loop fuzzy controller by combining fuzzy control and PID control. The MATLAB simulation results show that this controller has better stability and self-adaptive property and well improved dynamic performance of system compared with conational controller. Key words: fuzzy self -adaptive control; PID; asynchronous motor; vector transformation； MATLAB simulation
1 矢量控制异步电动机调速系统
三相异步电动机定子电流合成后以同步转速
旋转，而转子磁通也是同步旋转，这样，取转子磁通
方向为 d 轴，与转子磁通垂直方向为 q 轴，将定子
电流在 d 轴和 q 轴上分解为相当于直流电动机的
励磁分量 isd 和转矩分量 isq，就可以得到直流电动机 的控制性能。
以产生同一旋转磁动势为准则，定子交流电流
2 异步电动机模糊矢量控制系统设计
逆变器直流电源 510 V。 ASR 调节器模糊 PI 控制仿
2.1 控制器结构
真模型见图 6。
模 糊 自 适 应 PID 控 制 是 指 在 控 制 系 统 中 利 用 模糊数学的基本概念和原理，把专家经验用控制规
Conitinuous powergui
+ DC
g +A
TL Tm
A
Machines
Demux
isabc
is_abc
关键词： 模糊自适应控制； PID； 异步电动机； 矢量变换； MATLAB 仿真 中图分类号： TP273 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2013）01 － 0183 － 02
Research of Mine Asynchronous Motor System Based on Fuzzy Self-adaptive Control
电枢回路电流的调节由转矩 PI 调节器实现。 矢量变
换调速系统结构原理图如图 2。
ωref + Δω 转速 PID isq* + Δisq 转矩 PI usq*
ua
-
调节器 -
ω
调节器
d，q
ub
SPWM 信号发
磁通 isd*+ 函数表 -
Δisd 磁通 PI usd* 调节器
uc a，b，c
生器
iq id
d，q
iβ
α，β iα
θ
ia
α，β
ib
a，b，c ic
ia
θ 电流型 转子磁
ib
链观测器
ic
ω
逆 变 器
异步 电机
* 泰安市科技发展计划项目（20102030）
图 2 矢量变换ຫໍສະໝຸດ Baidu速系统结构原理图
183
Vol.34 No.01
模糊自适应控制的异步电动机系统研究— ——孙 霞，等
第 34 卷第 01 期
φr=
Lm Tr p+1
isd
（1）
式中 Tr— ——转子时间常数，Tr＝Lr/Rr；
Lr— ——转子等效两相绕组自感；
Rr— — — 转 子 电 阻 ；
Lm— ——定子和转子两相等效绕组互感最大值。
乙t
转子磁场位置 θ= （ωr＋ωs）dt 计算，其中 0
ωs＝
Lmisq Tr φr
（2）
根 据 式 （1） 和 式 （2）， 计 算 转 子 磁 链 大 小 和 位 置 的原理如图 1。
第 34 卷第 01 期 2013 年 01 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.34No.01 Jan. 2013
模糊自适应控制的异步电动机系统研究 *
孙 霞 1， 王 威 1， 张新忠 2， 郭秀荣 1 (1． 山东科技大学， 山东 泰安 271019； 2. 泰安供电公司， 山东 泰安 271000)
ia，ib，ic 通过三相静止坐标系到两相静止坐标系的变 换及其逆变换（3S/2S 变换）和两相静止坐标系到两
相旋转坐标系的变换及其逆变换（2S/2R 变换）实现
和励磁分量 isd 及转矩分量 isq 之间的变换。 要想实现如上变换，必须已知转子磁场大小和
位置， 这里给出励磁分量 isd 与转子磁场 大小 φr 的 函数关系：
sin cos
isq iA
ωs ++
1 p
θ
+
iB
3S/2R
Tr/Lm
iC
isd
Lm
Tr p+1
φr
ωr
图 1 转子磁链电流模型
矢量变换的调速系统由 3 个调节器实现， 其中
等效励磁回路电流的调节由 d 轴磁通 PI 调节器实
现 ，转 速 的 调 节 由 q 轴 转 速 PID 调 节 器 实 现 ，等 效
摘 要： 针对异步电动机调速系统的非线性和结构参数易变等特点，采用矢量变换，将模糊控 制和 PID 控制结合起来，建立了模糊自适应 PI 调速系统的双闭环模糊控制仿真模型，对异步电动 机模型参数进行分析整定。 MATLAB 仿真结果表明该控制器与常规 PID 相比较，具有良好的稳态 精度和自适应能力，没有超调和振荡，明显改善了系统的动态性能，并且具有较强的鲁棒性，为煤 矿安全生产发挥了重要的作用。
China)
Abstract: According to disadvantages that traditional PID control is difficult to adjust PID parameter for nonlinear and time-variant mine asynchronous motor speed control system, this paper designs fuzzy self -adaptive PI speed control system with double closed -loop fuzzy controller by combining fuzzy control and PID control. The MATLAB simulation results show that this controller has better stability and self-adaptive property and well improved dynamic performance of system compared with conational controller. Key words: fuzzy self -adaptive control; PID; asynchronous motor; vector transformation； MATLAB simulation
1 矢量控制异步电动机调速系统
三相异步电动机定子电流合成后以同步转速
旋转，而转子磁通也是同步旋转，这样，取转子磁通
方向为 d 轴，与转子磁通垂直方向为 q 轴，将定子
电流在 d 轴和 q 轴上分解为相当于直流电动机的
励磁分量 isd 和转矩分量 isq，就可以得到直流电动机 的控制性能。
以产生同一旋转磁动势为准则，定子交流电流
2 异步电动机模糊矢量控制系统设计
逆变器直流电源 510 V。 ASR 调节器模糊 PI 控制仿
2.1 控制器结构
真模型见图 6。
模 糊 自 适 应 PID 控 制 是 指 在 控 制 系 统 中 利 用 模糊数学的基本概念和原理，把专家经验用控制规
Conitinuous powergui
+ DC
g +A