感应电机定子电阻模糊观测器的设计与实现

论文摘要

直接转矩控制(DTC)是新型的感应电机调速方法。因其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确而被得到广泛应用。但是定子电阻的准确辨识成为制约直接转矩控制系统精确控制的重要问题。定子电阻的变化与绕组端部的温升、定子电流及频率等诸多因素有关,具有时变性、非线性、大惯性等特点,很难采用解释公式精确地表达,难以建立精确的数学模型。由于模糊推理特别适合于处理带不确定性的复杂关系,因而可以利用模糊控制理论设计定子电阻模糊观测器来辨识定子电阻。模糊观测器具有良好控制效果的关键是要有完善的控制规则。它直接采用语言型控制规则,在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型,因而使得控制机理和策略易于接受与理解,设计简单、便于应用。早期的模糊规则多数是根据专家经验,遵循反馈及反馈控制思想,总结成一系列条件语句即模糊规则,运用微机的程序来实现的。这样的模型常常不够准确,受人为因素的影响较大。因此,国内外许多学者提出了从输入输出数据提取模糊规则的多种方法。这里采用其中的相关统计法来实现规则的提取。本文首先搭建了测量输入输出数据对的实验系统,并对实验系统中电机的静态参数进行了辨识。其次对测量数据进行数据清理,得到用于建立观测器的有效数据。再次讨论了以模糊控制理论为基础在输入输出数据的前提下提取模糊规则的相关统计算法;最后对辨识的方法进行了验证,实验结果表明,基于模糊控制理论设计的定子电阻观测器可实现定子电阻的实时输出,一方面解决了定子电阻变化的非线性、大惯性、时变性难以确立数学模型的难题,另一方面该观测器精确地跟踪定子电阻变化值,降低了磁链的观测误差,从而进一步改善了直接转矩控制系统的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 模糊控制理论的产生与发展历程
• 1.1.2 模糊控制理论的应用
• 1.1.3 模糊控制的发展前景及亟待解决的问题
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 模糊控制理论与模糊模型辨识
• 2.1 模糊控制的基本原理
• 2.2 模糊控制的理论基础
• 2.2.1 模糊集合
• 2.2.2 模糊关系
• 2.2.3 模糊推理
• 2.2.4 模糊逻辑
• 2.3 模糊模型的辨识
• 2.3.1 模糊模型的概念
• 2.3.2 模糊模型的品质指标
• 本章小结
• 第三章 实验数据的采集与处理
• 3.1 实验系统的建立
• 3.1.1 实验方案的确定
• 3.1.2 实验台的构成
• 3.1.3 数据采集方法简介
• 3.2 实验电机参数的求取
• 3.2.1 参数辨识模型
• 3.2.2 迭代算法思想
• 3.2.3 实验数据的获得及其电机参数的求取
• 3.3 数据分析与处理
• 3.3.1 数据特性分析
• 3.3.2 空缺值填充
• 本章小结
• 第四章 感应电机定子电阻模糊观测器的设计
• 4.1 定子电阻模糊观测器总体设计思想
• 4.2 聚类分析
• 4.2.1 聚类分析概念和模糊聚类
• 4.2.2 模糊C-均值聚类
• 4.2.3 模糊C-均值聚类算法实现
• 4.3 定子电阻模糊辨识模型的建立
• 4.3.1 论域的选择与数据的模糊化
• 4.3.2 语言变量值及其模糊子集的选取
• 4.3.3 模糊规则提取
• 4.3.4 模糊辨识表的建立
• 4.3.5 定子电阻模糊辨识模型检验
• 4.3.6 低频情况下的定子电阻辨识
• 4.4 定子电阻模糊观测器的算法实现
• 4.4.1 软件开发平台的选择
• 4.4.2 模糊推理算法
• 4.4.3 模糊观测器算法及程序设计
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 实验采集数据
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢