试论交流电机控制系统的控制算法

王书礼

摘 要：笔者将围绕交流电机控制系统，阐述并分析应用于其中的控制计算方法类型，探究不同类型控制计算方法的优势、缺陷与差异，论述各种计算方法如何控制系统数值从而降低外界环境和因素对控制系统的不当干扰、起到增强控制稳定性的作用。笔者将结合个人参与工作的实践经验，总结交流电机控制系统的功能性，并对其日后改革趋势提出展望。

关键词：交流电机控制系统；计算方法；PI

随着电子计算机、现代工业技术的不断进步与发展，交流电机控制系统能够实现传动速度增快、传动范围拓展、传动反馈迅速及时等功能优化，不再依靠单机传动，转而使用多台交流电机联合运作的方式，起到优化交流电机组织结构、提升交流电机运作稳定性与安全性、节约生产经济成本、扩大适用范围等优势与作用。改革后的交流电机控制系统能够在相对恶劣的工作条件下良好运行，有效弥补了单机传动的不足与问题。下文中，笔者将结合电机控制科学理论，闡述交流电机控制系统的各部分组成，探究其功能的实现路径，并对比分析几种不同的交流电机控制系统，论析其中的优势与不同之处。

1 PI控制器算法

PI控制器计算方法首先是一种适用性最高、操作最简单方便、工作效率最高的控制计算方法，因而被普遍适用在交流电机控制系统当中。

交流电机调速系统的速度环和电流环调节器均使用PI控制器。但交流电机是一个强藕合的非线性对象，并且其应用环境较为复杂且常常存在各种于扰，电机参数也会在运行过程中发生变化。因此，PI控制器在交流电机调速中由于自身特点还存在不足，例如：PI控制器直接获取目标和实际之间的误差，这样就会由于初始控制力太大而出现超调，从而无法解决快速性和稳定性之间的矛盾。近年来，出现了模糊PI}n、自适应PIE、神经网络PIm等新型PI控制器，在一定程度上改善、提高了交流电机的调速性能。

2 模糊控制算法

模糊控制同是利用模糊集合来刻画人们日常所使用概念中的模糊性，使控制器更逼真模仿熟练操作人员和专家的控制经验与方法。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变兰及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。摸糊控制的突出特点：无需建立被控对象的精确数学模型；系统的鲁棒性强，适应于解决常规控制难以解决的非线性、时变及滞后问题：以语言变量代替常规的数学变量；推理过程模仿人的思维过程，借鉴专家的知识、经验，处理复杂的控制问题。

3 神经网络控制算法

人工神经网络是依据人脑生物微观结构与功能模拟人脑神经系统而建立的模型，其主要功能是模拟人脑的思维方式工作，具有自学习、并行处理和自适应等能力。利用神经网络优秀的学习和非线性逼近能力，提出许多基于神经网络的控制方案，从而改善系统的收敛性、橡定性和鲁棒性等。神经网络在交流调速领域中应用的一个主要问题是算法比较复杂，大多以仿真形式实现.控制效果有待于在实际系统中进一步检验。但与其他比较成熟的学科相比，神经网络理论还很不成熟，如计算较复杂，计算量大，难以满足实际控制要求，训练学习时算法收敛性问题等。

4 滑模变结构控制算法

滑模变结构控制根据被调量的偏差及导数.有目的地使系统沿着设计好的“滑动模态”的轨迹运动，与被控对象的参数和扰动无关，因而使系统具有很强的奢棒性。一般来说，它根据系统的状态选择两个控制输人之一，相当于系统有两种结构，即使非线性对象快速到达预定的所谓“开关面”（也称“滑动面”），并使其沿着该开关面滑动，这时称系统处于滑动模态（Sliding Mode）。然而并不是所有系统都可实现变结构控制，设计时必须先判断滑动模是否存在。理想的滑模变结构控制可以使对象在滑动面上平滑运动，但是实际上由于器件存在延时和滞环，所以系统进人滑动态后不可避免地会出现抖振（Chattering）.即在滑动面附近高频颤动。这可能引起设备毁坏等事故。因此，在电机交流控制系统中如何削弱抖动而又不失强鲁棒性，是目前研究的主要问题。

5 自抗扰控制算法

自抗扰控制器由跟踪一微分器（TD）、扩张的状态观测器（ESO）和非线性状态误差反馈控制律（NLSEF）3部分组成。利用自抗扰控制器设计系统时，它能利用“扩张状态观测器”实时估计并补偿系统运动时受到的各种外扰以及系统机理本身决定的内扰总和，使其变为线性系统的标准型一积分串联型，从而实现动态系统的动态反馈线性化，结合特殊的非线性反馈结构实现良好的控制品质。

自抗扰控制策略具有如下优点：安排过渡过程解决快速和超调间的矛盾；不用积分反馈也能实现无静差.避免积分反馈的副作用；统一处理确定系统和不确定系统的控制间题；抑制外扰，不一定要知道外扰模型或直接测量；如果对象是非线性、线性，或者控制对象的时间差异不大，则可以使用自抗扰控制算法；如果控制对象不需要辨识，可以使用自抗扰控制算法。在科学技术的研发带动下，自抗扰控制算法也进一步改革和优化，使用了模型配置自抗扰控制器、神经网络自抗扰控制器等新型控制器。

综上所述，不同类型的交流电机控制算法具有不同的特色与优势，现实情况中，应当从生产实践的需求、经济成本等众多条件出发，确保控制算法能够满足交流电机控制系统的应用需求、功能性。现阶段，我国在交流电机控制系统的控制算法应用方面已经相对成熟，有关单位与工作人员应当不断提高自身的专业能力，解决交流电机控制系统控制算法应用中的各种问题，继续简便控制算法，降低外界环境与因素对家里电机控制系统的干扰，学习并研究国内外关于控制算法的最新理论、成功案例，从中总结经验，尝试新技术、新方法的使用，不断提升交流电机控制系统的功能性。

参考文献

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（作者单位：辽宁通用航空研究院）