36个行业DTC基于模糊逻辑的无传感器感应电动机驱动器

哈比卜Benbouhenni^*

国立理工学院的奥兰莫里斯Audin,奥兰,阿尔及利亚

*通讯作者:: 哈比卜Benbouhenni
国家奥兰莫里斯Audin理工学校
奥兰、阿尔及利亚
电子邮件: (电子邮件保护)

收到的日期:25/11/2017;接受日期:28/01/2018;发布日期:28/02/2018

文摘

本文提出一种改进的五级直接转矩控制(DTC) 36个行业的感应电动机(IM)基于模糊逻辑。这种智能技术被用来替换,一方面迟滞比较器,以减少(总谐波失真)的定子电流、转矩脉动和定子磁通的涟漪,另一方面和经典的积分比例(PI)为了增加系统的响应时间,优化性能的闭环控制,并调整调节器的参数参考电平的变化。提出的方法的有效性是由仿真结果证实。

关键字

感应电动机直接转矩控制,模糊逻辑,滞回比较器,π,总谐波失真

介绍

感应电动机被广泛应用于许多工业和日常生活中应用,如水泵、风扇和压缩机由于其低成本、低维护、可靠性高、结构简单、效率高。如今,感应电动机驱动器能够用于变速应用与电力电子的快速发展1]。

控制文献综述表明,各种各样的解决方案提出了感应电动机的控制系统。在线性情况下,必须提到的标量控制是第一个方案提出了这一任务。很容易实现,但它不提供良好的性能。第二著名的矢量控制方案技术也称为Blaschke提出的磁场定向控制(FOC)。这个后控制技术的主要缺点是速度传感器的固有耦合在电动机转子轴上降低其鲁棒性(2]。直接转矩控制(DTC)方法已成为另一种磁场定向控制(FOC)方法对高性能AC驱动器自首先在1980年代中期提出(3]。直接转矩控制的主要优点是没有坐标变换和电流调节器。在这种方法中,定子电压矢量选择根据参考之间的差异和实际转矩和定子磁链(4]。这个方法的基本思想是使用非线性扭矩和通量的估计,使它能够消除定子电流的控制器(5]。然而,传统DTC方案的主要限制是高转矩脉动、可变开关频率和平均转矩输出,力德不匹配。提出了各种各样的技术来克服的一些缺点出现在DTC。提出一些解决方案是:DTC与空间矢量调制(SVPWM),使用duty-ration控制器引入调制活跃向量之间选择查表和零向量,利用人工智能技术。然而控制的复杂性大大增加(6]。在另一方面,利用多电平逆变器拓扑的DTC系统已经得到普及中等和高电压应用。一般来说,有三种类型的多电平逆变器拓扑。这些类型的中性点夹(人大),飞行电容器(FC)和级联h桥多电平逆变器(CHMI) [7]。在另一方面,多电平逆变器的优点克服电压极限能力的半导体开关,和改善,2输出波形的谐波配置文件。输出电压波形接近正弦波,从而在实际上没有共模电压和电机绕组电压浪涌。此外,减少dv / dt可以防止电动机绕组和轴承故障8]。在这篇文章中,一个5级中性点夹多电平逆变器是用于基于查找表的DTC开车。

常见的传统DTC高转矩脉动,缺点还需要磁通和转矩估计量,因此,准确的机器参数是必需的。因此人工神经网络和模糊逻辑控制的应用吸引了许多科学家的注意,来自世界各地的(9]。本文致力于模糊逻辑直接转矩控制的无传感器IM由五级二极管夹逆变器。

在本文中两个不同的DTC方案将与对方。这两个方案是传统DTC五级NPC逆变器,和五级DTC与模糊逻辑控制器(模糊速度控制器和模糊滞回比较器)。该方案清晰地描述和仿真结果证明其有效性。提出的控制方案是用Matlab实现。

五级中性点夹逆变器

第一个拓扑控制开关在其中性点的电压水平。Nabae, 1980年和他的朋友修改此拓扑的中性点电压应用到输出和中性点电压平衡已经通过二极管对(10]。图1显示了五级二极管夹逆变器电路,每条腿的逆变器的开关状态。每条腿由上下两个开关反向二极管。它是由24条的晶体管二极管。这个逆变器包括八双的每一站。四大系列直流环节电容将直流母线电压的一半,和18的电压钳位二极管界限内的开关电容的电压,逆变器的每条腿可以有五个可能的开关状态;4、3、2、1或0。

图1:5级逆变器的原理图。

五级逆变器可以达到60单独头寸61序列相对应的电压逆变器。空间电压矢量的表示一个五级NPC逆变器开关状态是由图2。

图2:5级逆变器的空间矢量图。

传统直接转矩控制五级逆变器

配置基本的DTC五级中说明了逆变器图3。在这些控制为定子使用两个滞后控制器通量分别和发达扭矩。的DTC控制策略并不是基于数学分析,是不容易给部门的扭矩明显边界误差(11]。参考系与定子,使可能估算磁通和转矩一方面和另一方面通量定子的位置。开关控制的目的是给向量代表定子磁通的方向取决于参考价值(12]。

图3:传统直接转矩控制的IM驱动器。

定子磁通集成,可以评估从定子电压方程:

(1)

可以估计定子磁通的大小:

(2)

定子磁通部门是由组件和。引用和之间的角度等于:

(3)

转矩可以使用估计的组件通量计算和测量电流:

(4)

适当的电压矢量的选择是基于开关表中给出表1。输入量是部门(N)和数字化输出变量Ccpl(转矩滞环比较器)和Cflx(通量迟滞比较器)。因此,选择表生成脉冲Sa,某人,Sc五级NPC逆变器控制电源开关。

表1。转换表的五级DTC 36个行业。

	Cflx
	1			0
N	Ccpl
	1	0	1	1	0	1
1	14	2	54	24	32	44
2	15	2	55	25	32	45
3	18	2	58	28	32	48
4	18	7	58	28	37	48
5	20.	7	60	30.	37	50
6	24	7	4	34	37	54
7	24	12	4	34	42	54
8	25	12	5	35	42	55
9	28	12	8	38	42	58
10	28	17	8	38	47	58
11	30.	17	10	40	47	60
12	34	17	14	44	47	4
13	34	22	14	44	52	4
14	35	22	15	45	52	5
15	38	22	18	48	52	8
16	38	27	18	48	57	8
17	40	27	20.	50	57	10
18	44	27	24	54	57	14
19	44	32	24	54	2	14
20.	45	32	25	55	2	15
21	48	32	28	58	2	18
22	48	37	28	58	7	18
23	50	37	30.	60	7	20.
24	54	37	34	4	7	24
25	54	42	34	4	12	24
26	55	42	35	5	12	25
27	58	42	38	8	12	28
28	58	47	38	8	17	28
29日	60	47	40	10	17	30.
30.	4	47	44	14	17	34
31日	4	52	44	14	22	34
32	5	52	45	15	22	35
33	8	52	48	18	22	38
34	8	57	48	18	27	38
35	10	57	50	20.	27	40
36	14	57	54	24	27	44

两级定子磁通和三级转矩滞环控制器的输出扭矩和流量控制器图4。

图4:迟滞比较器。

五级DTC与模糊控制器

五级DTC的原则与模糊控制器与常规DTC五级NPC逆变器。不同之处在于使用模糊控制器取代迟滞比较器,和PI速度控制器。所示图5。本研究的主要目的是减少定子电流THD值,电磁转矩波动和定子磁通的涟漪。

图5:直接转矩控制与模糊控制器。

模糊速度控制器的设计

目的控制的静态误差和减少系统响应时间,同时保留稳定,使用的比例积分校正π被替换为一个模糊逻辑控制器(13]。非线性和自适应模糊控制基本上是在自然界中,提供健壮的性能参数变化和负载扰动effet [14]。模糊逻辑控制器速度设计设计基于人类专家知识规则库。它不需要任何数学模型的植物15]。模糊控制器的设计是基于直觉和模拟。这些价值观构成训练集用于获得表规则(11]。模糊逻辑的速度控制器的框图所示图6。可能最初的规则库,可用于驱动系统的模糊逻辑控制器,由49个语言规则,如图所示表2(16,17),并给出了模糊逻辑控制器的输出变化的两个输入:错误(e = wref - w)和误差变化(Δe)。

表2。模糊规则的速度。

e	问	纳米	NP	易之	PS	点	PL
Δe
问	问	问	问	问	纳米	NP	易之
纳米	问	问	问	纳米	NP	易之	PS
NP	问	问	纳米	NP	易之	PS	点
易之	问	纳米	NP	易之	PS	点	PL
PS	纳米	NP	易之	PSPM	点	PL	PL
点	NP	易之	PS	点	PL	PL	PL
PL	易之	PS	点	PL	PL	PL	PL

图6:模糊逻辑控制器速度。

图7和8显示错误,改变变量的隶属度函数。

图7:隶属度函数误差的速度。

图8:隶属度函数对误差的变化。

模糊滞回比较器的设计

提出了模糊滞回比较器的普林西比替换的两个滞回比较器转矩和模糊逻辑的通量。框图模糊转矩和定子磁滞回比较器为基础所示图9和图10。模糊控制器的设计是基于直觉和仿真(18]。提出了迟滞比较器的模糊规则给出了表2。

engineering-and-technology-logic-control

图9:模糊逻辑控制调速。

engineering-and-technology-speed-regulation

图10:模糊逻辑控制调速。

结果与讨论

的感应电动机用于模拟具有以下参数:三相,3杆,Pn = 1兆瓦;fs = 60赫兹;Rs = 0.228Ω。Rr = 0.332Ω。Ls h = 0.0084;Lr h = 0.0082;Lm h = 0.0078;J = 20 kg.m2。比较与传统的IM的5级DTC和五级DTC与模糊控制器驱动模拟。所有无花果是阶跃变化的响应负载转矩命令从0到6500新墨西哥州的结果模拟传统五级DTC和五级DTC模糊逻辑控制器所示图11和12分别。

图11:IM的5级DTC的表演。

engineering-and-technology-fuzzy-controllers

图12:表演的五级DTC IM的模糊控制器。

从仿真结果中给出图11和12很明显,THD值fivelevel DTC与定子电流的智能控制器(模糊速度控制器和模糊滞回比较器)会大大减少。表3显示了定子电流THD值的比较分析。

表3。(THD值进行比较分析。

传统DTC五级逆变器	五级DTC与模糊控制器
4.67%	3.98%

在另一方面,组件的动力学定子磁通不受这些负载的应用指南。转矩响应比较曲线所示图13。转矩脉动是模糊控制器在使用时显著降低(图13)。

图13:放大的扭矩。

图14显示了通量响应的五级DTC控制和五级DTC与模糊控制器。发现该变量带转矩磁滞和基于比例积分控制器的DTC方案展品顺利反应和较小的波纹在通量比传统五级DTC方案。

图14:放大流量。

结论

摘要五级DTC与36个行业的IM模糊控制器。这个控制器番茄所需的节点滞回比较器的振幅乐队和经典PI速度控制器。该方案模拟并与传统的方法,使用Matlab / Simulink五级DTC与36个部门。五级DTC与模糊控制器大大减少扭矩涟漪,定子磁通涟漪和定子电流的价值。

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