Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Страница 17 из 51

Асинхронные двигатели являются основой современного электропривода переменного тока. Эффективность работы этого электропривода во многом определяется возможностями регулирования частоты вращения.

Возможности асинхронных двигателей в отношении регулирования частоты вращения ротора определяются выражением
.
Из этого выражения следует, что частоту вращения можно регулировать тремя способами: путем изменения частоты , числа пар полюсов p и скольжения s. Рассмотрим каждый из этих способов подробнее.

Регулирование частоты вращения изменением частоты подводимого напряжения

Этот способ является в настоящее время наиболее перспективным. Изменение частоты осуществляется с помощью полупроводникового преобразователя частоты (рис. 4.28, а). Одновременно с изменением частоты регулируют и напряжение , так чтобы обеспечить постоянство магнитного потока . Из выражения, связывающего напряжение с потоком Ф,
,
следует, что напряжение необходимо регулировать пропорционально частоте

.
Отклонение от этого закона приводит к изменению потока Ф, что нежелательно. Действительно, при увеличении потока возрастает насыщение магнитной цепи, растут потери в стали и намагничивающий ток. Уменьшение потока вызывает уменьшение максимального момента двигателя и ряд других нежелательных явлений.

При механические характеристики двигателя имеют показанный на рис. 4.28, б вид. При снижении частоты пусковой момент двигателя возрастает, а максимальный несколько снижается. Рабочее скольжение двигателя остается небольшим, что характеризует экономичный режим работы двигателя. Однако стоимость этого способа регулирования частоты вращения двигателя весьма высока, так как преобразователь частоты должен быть выполнен на полную мощность двигателя.

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов

Этот способ регулирования в отличие от предыдущего позволяет осуществить изменение частоты вращения только ступенями. Он используется в таких механизмах, как воздуходувки, транспортеры, подъемники, лифты. Двигатели с переключением числа пар полюсов называют многоскоростными. Обычно многоскоростные асинхронные двигатели выполняются с двумя, тремя и четырьмя ступенями скоростей. Двухскоростные двигатели изготавливаются с одной обмоткой, если числа пар полюсов соответствуют следующему отношению:
.
Трех- и четырехскоростные двигатели выпускаются с двумя обмотками. В трехскоростных двигателях только одна обмотка выполняется с переключением числа пар полюсов , а в четырехскоростных обе обмотки выполняются как двухскоростные. Обмотка ротора многоскоростных двигателей выполняется короткозамкнутой. Для нее не требуется переключения схемы соединения, так как необходимое число пар полюсов обмотки ротора образуется автоматически полем статора.
Изменение числа полюсов осуществляется путем изменения схемы соединения секций обмотки статора. На рис. 4.29 показаны три варианта соединения секций.

Вариант «а» соответствует последовательному согласному включению секций, при этом образуется магнитное поле с полюсами. В варианте «б» вторая секция включается встречно-последовательно. Результирующее поле имеет полюса. Мощность обмотки остается неизменной, , а момент, развиваемый двигателем, снижается в два раза, . В варианте «в» вторая секция включается встречно-параллельно. Результирующее поле также будет иметь полюса, но мощность обмотки возрастает в два раза, а момент двигателя остается постоянным .

Таким образом, для изменения числа пар полюсов в отношении необходимо, чтобы каждая фаза обмотки состояла из двух одинаковых частей. Когда обе части обтекаются токами одинакового направления, число полюсов , при изменении направления тока в одной из них число полюсов уменьшается вдвое, . При переключении числа полюсов с на полюсное деление уменьшается в два раза, при этом величина фазной зоны трехфазной обмотки меняется с 60° на 120° (рис. 4.30).

Так как чередование фаз для обеих скоростей должно оставаться одинаковым, то кроме изменения направления токов в зонах необходимо поменять местами две фазы обмотки. При большем числе полюсов обмотка выполняется с диаметральным шагом . Тогда при меньшем числе полюсов .
Малый шаг приводит к ухудшению использования обмотки и, следовательно, к некоторому снижению технико-экономических показателей двигателя.

Многоскоростные двигатели проектируются для различных режимов работы. Наиболее часто встречаются режимы с постоянным моментом и с постоянной мощностью . Регулирование частоты вращения с постоянным моментом обеспечивается при переключении обмотки со звезды на схему двойной звезды (рис. 4.31).

При таком переключении в два раза возрастает потребляемый из сети ток, а следовательно, и мощность двигателя , момент же при этом не меняется.

Если до переключения обмотка статора была соединена в треугольник (рис. 4.32), то после переключения ее на двойную звезду мощность двигателя практически не изменится, а момент уменьшится в два раза из-за увеличения частоты вращения.

Регулирование частоты вращения изменением скольжения

Изменять скольжение асинхронного двигателя можно разными способами: изменением подводимого к статору напряжения, введением сопротивления в цепь ротора или введением в цепь ротора дополнительной ЭДС.

При изменении напряжения статора механическая характеристика двигателя изменяется, как показано на рис. 4.33. Снижение напряжения приводит к уменьшению жесткости механической характеристики и росту скольжения. При этом частота вращения ротора снижается,
.
Регулирование частоты вращения таким способом возможно в ограниченном диапазоне изменения скольжения
.
Основным недостатком этого способа регулирования частоты вращения является низкий КПД из-за роста потерь в обмотке ротора пропорционально частоте скольжения
.

Поэтому он применяется только для двигателей малой мощности, работающих в системах автоматического управления.

В двигателях с фазным ротором изменить частоту вращения можно путем изменения сопротивления в роторе (рис. 4.34).
Преимущество данного способа регулирования частоты состоит в том, что максимальный момент остается неизменным. Важно также отметить, что часть потерь двигателя выносится в резистор, тем самым облегчается тепловой режим двигателя. В остальном способ аналогичен предыдущему и характеризуется низким КПД., малым диапазоном регулирования, зависящим от нагрузки, и «мягкой» механической характеристикой.

Чтобы повысить КПД двигателя при регулировании частоты вращения путем изменения скольжения, необходимо мощность скольжения использовать для совершения полезной работы или возвратить обратно в сеть. Схемы, реализующие эту идею, называются каскадными. Одной из распространенных схем данного типа является схема асинхронно-вентильного каскада (рис. 4.35).

Схема включает асинхронный двигатель с фазным ротором (АД), диодный выпрямитель (Д), сглаживающий дроссель (Др), тиристорный инвертор (И) и сетевой согласующий трансформатор (Тр). Регулирование частоты вращения осуществляется посредством изменения напряжения инвертора. Это приводит к соответствующему изменению напряжения обмотки ротора, а следовательно, и частоты вращения ротора. Мощность частоты скольжения, извлекаемая из роторной обмотки двигателя, передается в сеть через согласующий трансформатор.
Достоинством каскадных схем регулирования частоты вращения асинхронных двигателей по сравнению с частотными схемами управления в статорной цепи (рис. 4.28) является то, что полупроводниковый преобразователь выполняется на мощность скольжения, а не на полную мощность двигателя. Это обстоятельство особенно важно для мощных и сверхмощных приводов насосов, прессов, конвейеров, подъемных механизмов и др., где требуется ограниченный диапазон регулирования частоты вращения (2:1 и менее).

Асинхронно-вентильный каскад с неуправляемым выпрямителем допускает регулирование только вниз от синхронной частоты вращения. Если использовать управляемый выпрямитель, то можно осуществить регулирование частоты вращения вверх от синхронной. В этом случае направление передачи мощности скольжения меняется на противоположное.

• Назад
• Вперёд

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Общие сведения. Технологический процесс часто требует изменения частоты вращения исполнительного механизма. С этой целью широко применяются коробки скоростей, которые усложняют кинематику провода, вызывают вибрацию системы и увеличивают инерционность привода. Для повышения точности обработки и увеличения производительности целесообразно использовать регулировочные свойства двигателей. В асинхронных двигателях частота вращения определяется из равенства

где n₁ = 60f ₁ / р.

Из этого равенства следует, что изменять п можно тремя способами: изменением частоты f₁ , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора в принципе можно регулировать изменением напряжения питания U₁. Однако с увеличением U₁ появляется опасность превышения допустимой температуры нагрева двигателя, а с уменьшением U₁ уменьшается перегрузочная способность двигателя.

Регулирование изменением частоты (частотное регулирование). Этим способом изменение частоты вращения ротора п осуществляется за счет изменения частоты питающего напряжения f₁. Это возможно потому, что скольжение в номинальном режиме  составляет всего 2—8 %.

Для изменения частоты f₁ могут применяться машинные и полупроводниковые (тиристорные) преобразователи. На рис. 3.36 показана схема машинного преобразователя. Асинхронный двигатеь АД с постоянной частотой вращает генератор постоянного тока Г, работающий в системе генератор — двигатель. Генератор Г питает двигатель Д постоянного тока, частота вращения которого регулируется током возбуждения генератора Г и двигателя Д.

Двигатель вращает с различными частотами синхронный генератор СГ, частота выходного напряжения которого f₁ = n₁p/60 изменяется. В результате АД изменяет частоту вращения рабочего механизма. Этот способ позволяет плавно изменять частоту вращения АД. Недостатками способа являются высокая стоимость преобразователя, низкий КПД установки из-за многократного преобразования энергии, сравнительно небольшой диапазон регулирования.

Частотное тиристорное регулирование. Значительно больший эффект при частотном регулировании достигается применением тиристорных преобразователей. На рис. 3.37 показана схема такого регулирования. Тиристорный преобразователь ТП питается от трехфазной сети с постоянными значениями напряжения U₁ и частоты f₁.

На выходе преобразователя получается постоянное варьируемое напряжение U₁c. Это напряжение подается на блок инвертора И, на выходе которого появляется регулируемое переменное напряжение U₁v при частоте  f₁v. Напряжение U₁v подается на асинхронный двигатель АД.

Для автоматизации процесса регулирования необходимо дополнительно иметь блок задания частоты БЗЧ и блоки управления напряжением УН и частотой УЧ.

Для поддержания точного значения скорости целесообразно иметь обратную связь по частоте с выхода АД на блок задания частоты.

Регулирование изменением числа полюсов.

Асинхронный двигатель не имеет явно выраженных полюсов и поэтому его число полюсов зависит от схемы соединения катушек в обмотках каждой фазы статора.

Если, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, то при их последовательном соединении число пар полюсов      р = 2, а при параллельном соединении р = 1. Начала и концы катушек выводятся на клеммы щитка, так что переключение катушек можно делать на работающем двигателе. Можно разместить в пазах статора две независимые обмотки, каждая из которых создает разное число пар полюсов, например, р = 1 и р = 2.

Одна из обмоток может, например, соединяться в одинарную звезду, а другая – в двойную звезду (рис. 3.38, а и б). Можно также переключать треугольник в двойную звезду (рис. 3.39, а и б).

В результате двигатель будет трехскоростной. В принципе можно разместить на статоре две обмотки, каждая из которых имеет две скорости, такая машина будет четырехскоростной. Однако размещение нескольких обмоток увеличивает габариты и стоимость машины. Поэтому лучше применять одну обмотку с переключением на четыре скорости. При этом можно получить синхронные скорости 3000 / 1500 / 1000 / 500  или  1500 / 1000 / 750 / 500 об/мин или другие комбинации.

Регулирование изменением числа полюсов является ступенчатым регулированием. Механические характеристики при разном числе пар полюсов показаны на рис. 3.40. Этот способ регулирования экономичен, рабочая часть характеристик жесткая, но данный способ применяется лишь в случаях, не требующих плавного регулирования, например в станках, где ступенчатое регулирование применяется с целью уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения. При уменьшении напряжения U момент двигателя уменьшается пропорционально U². В связи с этим изменяются механические характеристики, уменьшается критический момент Mк , при постоянном моменте сопротивления увеличивается скольжение и уменьшается частота вращения ротора.

Уменьшать напряжение U можно включением в цепь статора реостатов (рис. 3.41, а), автотрансформаторов (рис. 3.41,6) или регулируемых дросселей (рис. 3.41, в). При включении реостатов в них теряется значительная мощность (RI²).

Автотрансформаторы дают возможность регулировать частоту вращения лишь вручную.

Регулируемые дроссели позволяют автоматизировать этот процесс, для чего их цепь

подмагничивания включается в систему автоматического регулирования.

Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при этом способе регулирования уменьшается КПД двигателя, уменьшается критический момент, а диапазон регулирования сравнительно небольшой.

Регулирование изменением сопротивления цепи ротора R₂ (реостатное регулирование). Этот способ применим только для двигателей с фазным ротором. Такое регулирование связано с изменением скольжения s в соответствии с зависимостью п = п₁ (1 — s).

Из формул ( 3.26) и ( 3.28) следует, что с увеличением R₂ угол наклона механической характеристики увеличивается, а критический момент остается постоянным  (Mк = const).

На рис. 3.42 представлено семейство характеристик п(М) при различных R₂ . Если момент нагрузки Mc = const, то частота вращения n с увеличением R₂ падает, а скольжение увеличивается.

Этот способ регулирования имеет ряд недостатков: дополнительные потери энергии в реостате, механические характеристики становятся мягкими, относительно малый диапазон регулирования.

Управление скоростью асинхронного двигателя — MATLAB и Simulink

Разработка и развертывание алгоритмов управления скоростью асинхронного двигателя с использованием Simulink

Управление скоростью асинхронного двигателя — это процесс управления токами в асинхронном двигателе для регулирования скорости. Хотя асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной частотой, они популярны для приложений с переменной частотой, таких как промышленные приводы и электромобили. Для работы с переменной частотой инвертор модулирует ток в обмотках статора.

К сожалению, ваш браузер не поддерживает встроенные видео.

Скольжение и результирующий крутящий момент для асинхронного двигателя

Условные обозначения:
Желтая стрелка – результирующий крутящий момент
Пурпурная стрелка – вращающееся магнитное поле статора
Синяя стрелка – ротор скорость

Асинхронные двигатели работают связь магнитных полей в статоре и роторе. Токи в статоре создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует токи и отстающее магнитное поле в роторе. Взаимодействие магнитного поля заставляет ротор вращаться с угловой скоростью, меньшей, чем скорость вращения поля статора. Эта задержка вращения, называемая проскальзыванием, создает крутящий момент на валу двигателя. Увеличение нагрузки на двигатель увеличивает скольжение и выходной крутящий момент двигателя.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором регулирование скорости с помощью управления с ориентацией поля (FOC) регулирует I _d и I _q таким образом, что поток пропорционален I _d , а крутящий момент пропорционален I _номер . Такой подход увеличивает диапазон скоростей и улучшает как динамические, так и установившиеся характеристики. Simulink ^® позволяет использовать многоскоростное моделирование для разработки, настройки и проверки алгоритмов FOC во всем рабочем диапазоне двигателя перед тестированием оборудования.

Эта диаграмма Simulink иллюстрирует типичный алгоритм FOC для управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Алгоритм FOC для управления скоростью асинхронного двигателя.

Основные компоненты стратегий управления асинхронными двигателями Включают:

• Внутренний контур (пропорционально-интегральный или PI)
  • Управление током по оси Q: регулирует ток по оси q для управления электрическим крутящим моментом, приложенным к двигателю
  • Управление током по оси D: для управления ослаблением поля регулирует ток, чтобы уменьшить поток по оси d и позволить двигателю вращаться со скоростью выше базовой за счет крутящего момента
• Внешний контур (PI) : Контур управления скоростью асинхронного двигателя. Этот контур имеет более низкую частоту дискретизации по сравнению с внутренним контуром (управление током) и генерирует заданное значение крутящего момента. Заданное значение обрабатывается для создания опорного тока по осям d и q для внутреннего контура

.

• Преобразования Clarke, Park и Inverse Park : преобразование между стационарной и вращающейся синхронной рамой
• Оценка скорости скольжения : Поскольку асинхронные двигатели являются асинхронными, скольжение между частотой статора и ротора оценивается для расчета синхронной скорости и положения ротора
• Пространственно-векторная модуляция (SVM) : Генерирует модулированные импульсы для управления переключателями силовой электроники в инверторе
• Датчик скорости : Скорость асинхронного двигателя можно измерить с помощью квадратурного энкодера или другого датчика. Для бездатчикового управления асинхронным двигателем алгоритм на основе наблюдателя заменяет физический датчик и оценивает скорость двигателя в режиме реального времени.

Simscape Electrical™ и Motor Control Blockset™ предоставляют асинхронный двигатель и примеры управления, ориентированного на поле, для разработки имитационной модели для управления скоростью асинхронного двигателя. Моделирование управления скоростью асинхронного двигателя с помощью Simulink помогает сократить время тестирования прототипа и позволяет проверить устойчивость алгоритмов управления к неисправностям, которые нецелесообразно тестировать на оборудовании.

Используя Simscape Electrical and Motor Control Blockset, инженеры по управлению двигателем разрабатывают управление скоростью асинхронного двигателя:

• Моделирование асинхронных двигателей, инверторов и регуляторов скорости и тока
• Автонастройка усиления контура управления скоростью асинхронного двигателя с использованием методов проектирования управления
• Разработка алгоритмов наблюдения для оценки положения и скорости ротора.
• Моделирование режимов запуска, выключения и ошибок, а также разработка логики снижения номинальных характеристик и защиты для обеспечения безопасной работы
• Запуск моделирования двигателя и контроллера с обратной связью для проверки производительности системы в нормальных и нештатных режимах работы
• Генерация ANSI, ISO или оптимизированного для процессора кода C и HDL из модели для быстрого прототипирования, аппаратного тестирования в цикле и внедрения в производство

Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и набора блоков управления двигателем

5:34
Продолжительность видео 5:34

Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и блока управления двигателем

Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink

3 видео

Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink (3 видео)

Как много вы знаете о конструкции управления силовой электроникой?

Начать тест

Примеры и инструкции

• Ориентированное на поле управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и блока управления двигателем (5:34)

  — Видео

• Прямое управление крутящим моментом асинхронной машины с модулятором пространственного вектора

  — Пример

• Бездатчиковое полеориентированное управление асинхронным двигателем

  — Пример

• Поле-ориентированное управление асинхронным двигателем с использованием датчика скорости

  — Пример

• Управление без обратной связи и калибровка двигателя переменного тока

  — Пример

• Полеориентированное управление индукционной машиной

  — Пример

Справочник по программному обеспечению

• Индукционный двигатель

  — Документация

• Опорные сигналы управления асинхронным двигателем, ориентированные на поле

  — Документация

• Оценщик скорости скольжения для асинхронного двигателя

  — Документация

• Поле-ориентированное управление приводом асинхронного двигателя

  — Документация

Перейдите от простых задач к более сложным маневрам, пройдясь по интерактивным примерам и учебным пособиям.

Ознакомьтесь с примерами управления двигателем

Ознакомьтесь с примерами преобразования энергии

Изучите примеры питания от батарей

Изучите сообщество Power Electronics Control Community

Сообщество MathWorks для студентов, исследователей и инженеров, использующих Simulink для управления силовой электроникой в ​​электромобилях, возобновляемых источниках энергии, аккумуляторных системах, преобразовании энергии и управлении двигателем.

Начать обсуждение

Смотреть видео

Получите бесплатную пробную версию

30 дней исследования в ваших руках.

Загрузить сейчас

Понимание алгоритмов управления двигателем BLDC

Читать электронную книгу

Выберите веб-сайт

Выберите веб-сайт, чтобы получить переведенный контент, где он доступен, и увидеть местные события и предложения. В зависимости от вашего местоположения мы рекомендуем вам выбрать: .

Вы также можете выбрать веб-сайт из следующего списка

Европа

Обратитесь в местный офис

Управление скоростью привода асинхронного двигателя

Приводы асинхронных двигателей с косвенным управлением полем (IFOC) все чаще используются в высокопроизводительных приводных системах, поскольку асинхронные двигатели более надежны из-за своей конструкции и менее дорогих используемых материалов, чем любые другие двигатели. доступны на рынке сегодня. Поскольку непрямая ориентация поля использует присущее отношение скольжения, это, по сути, схема с прямой связью и, следовательно, в значительной степени зависит от точности параметров двигателя, используемых в векторном контроллере, особенно от сопротивления ротора. Она широко изменяется в зависимости от температуры ротора, что приводит к различным вредным эффектам, таким как избыточное (или недостаточное) возбуждение, нарушение состояния развязки потока и крутящего момента и т. д. В последнее время внимание уделяется определению мгновенного значения сопротивления ротора при нормальной работе привода. До сих пор было представлено несколько подходов. Разработан новый наблюдатель тока в скользящем режиме для асинхронного двигателя. Функции скользящего режима выбраны для определения скорости и сопротивления ротора асинхронного двигателя, в котором скорость и сопротивление ротора считаются неизвестными постоянными параметрами. В статье исследуется метод с использованием программируемого каскадного фильтра нижних частот для оценки магнитного потока ротора асинхронного двигателя с целью оценки постоянной времени ротора привода асинхронного двигателя с непрямой ориентацией поля, управляемой ориентацией поля. Расчетные данные о потоке ротора также использовались для онлайн-идентификации сопротивления ротора с помощью искусственной нейронной сети. Несмотря на все эти эффекты, оценка сопротивления ротора остается сложной задачей.

Электроприводы переменного тока широко используются в промышленности, требующей высокой производительности. В высокопроизводительных системах скорость двигателя должна точно следовать заданной эталонной траектории независимо от любых возмущений нагрузки, изменений параметров и неопределенностей модели. Для достижения высокой производительности используется ориентированное на поле управление асинхронным двигателем. Однако схема управления такой системой играет роль в производительности системы. Характеристики развязки асинхронного двигателя с векторным управлением неблагоприятно повлияли на изменения параметров двигателя. Управление скоростью IM традиционно решается с помощью ПИ- и ПИД-регуляторов с фиксированным коэффициентом усиления. Однако регуляторы с фиксированным коэффициентом усиления очень чувствительны к изменениям параметров, возмущениям нагрузки и т. д. Таким образом, параметры регулятора необходимо постоянно адаптировать. Проблема может быть решена с помощью нескольких методов адаптивного управления, таких как адаптивное управление эталонной моделью, управление скользящим режимом (SMC), управление переменной структурой (VSC), самонастраивающийся ПИ-регулятор и т. д. Конструкция всего вышеприведенного контроллера зависит от точной математической системы. модель. Однако часто трудно разработать точную математическую модель из-за неизвестного изменения нагрузки и неизбежных изменений параметров из-за насыщения, колебаний температуры и возмущений системы. Чтобы преодолеть вышеуказанные проблемы, контроллер нечеткой логики (FLC) используется для управления двигателем. Существует некоторое преимущество регулятора с нечеткой логикой по сравнению с обычным ПИ-, ПИД-регулятором и адаптивным регулятором; он не требует никакой математической модели — он основан на лингвистических правилах в рамках общей структуры «если, то», которая является основой человеческой логики. В данной статье исследована конфигурация и конструкция контроллера нечеткой логики косвенного векторного управления асинхронным двигателем. Производительность FLC успешно сравнивалась с обычным ПИ-регулятором.

Привод асинхронного двигателя с непрямой ориентацией поля

Метод косвенного векторного управления по существу аналогичен прямому векторному управлению, за исключением того, что единичный вектор генерируется косвенным образом с использованием измеренной скорости r и скорости скольжения sl. Следующие динамические уравнения принимаются во внимание для реализации стратегии непрямого управления переносчиками.

θe = ωe dt = (ωr + ωsl) = θr + θsl
Частота скольжения может быть рассчитана как
ωsl =  Lm Rr  iqs
Lr

Для постоянного потока ротора ψr и dψr/dt=0 подстановка в уравнение дает поток ротора, установленный как ψr = Lm ids

Рис. 1: Блок-схема контроллера нечеткой логики…

Проект контроллера с нечеткой логикой для привода асинхронного двигателя

На рис. 1 показана блок-схема системы управления скоростью с использованием контроллера с нечеткой логикой (FLC). Здесь первым входом является температура «T», а вторым — изменение температуры «ΔT» во время выборки «ts». Две входные переменные «T» и «ΔT» рассчитываются в каждый момент выборки в виде функциональной блок-схемы Нечеткое логическое управление. В этом блоке оценивается количество входов и количество выходов и проверяется любая связь между входами и выходами. Четкие значения для входов и выходов записаны. Вся информация о приложении, которое нужно решить, записана здесь. Сопротивление ротора по отношению к температуре и изменение температуры указаны здесь.

Где «wls» обозначает частоту скольжения, r *(ts) — эталонная скорость ротора, r(ts) — фактическая скорость, e(ts-1) — значение ошибки при предыдущем времени выборки. Выходной переменной является сопротивление ротора. Как показано на рис. 2, контроллер нечеткой логики состоит из четырех блоков: фаззификации, механизма логического вывода, базы знаний и дефаззификации.

Рис. 2: Функции принадлежности контроллера нечеткой логики…

• Блок фаззификации:  На этом этапе четкие входные переменные преобразуются в нечеткие переменные. Фаззификация сопоставляет ошибку и изменение ошибки с лингвистическими метками нечетких множеств. Функция принадлежности связана с каждой меткой треугольной формы, состоящей из двух входов и одного выхода. Предлагаемый контроллер использует следующие лингвистические метки. Каждый из входов и выходов содержит функцию принадлежности всем этим семи лингвистикам.
• База знаний и этап вывода:  База знаний включает определение правил, представленных в виде утверждений правил «если-то», регулирующих взаимосвязь между входными и выходными переменными с точки зрения функции принадлежности. На этом этапе входные переменные «T» и «ΔT» обрабатываются механизмом вывода, который выполняет 49правила, представленные в таблице правил, показанной ниже. Учитывая первое правило, если температура равна NS, а изменение температуры равно SS, то на выходе будет NR. Здесь используется алгоритм Мамдани для механизма вывода.
  На рис. 2 показана конфигурация предложенной оценки сопротивления ротора методом нечеткой логики. Функции F и F0 сначала вычисляются соответственно из оцениваемых переменных ids; iqs; вдс; vqs; !e и опорное значение. Входная температура и изменение температуры являются переменными, которые используются в качестве входных данных для FLC. Внутренняя структура оценки сопротивления ротора с помощью нечеткой логики выбрана аналогично структуре контроллера с нечеткой логикой, которая состоит из фаззификации, механизма логического вывода и дефаззификации. Для успешной разработки FLC правильный выбор этих коэффициентов усиления является критически важной работой, которая во многих случаях выполняется путем проб и ошибок для достижения наилучших возможных характеристик управления. Затем четкие переменные преобразуются в нечеткие переменные с использованием треугольных функций принадлежности, как показано на рисунке 3. Эти входные функции принадлежности используются для преобразования четких входных данных в нечеткие множества.
  Опыт эксперта включен в базу знаний с 49 правилами (7×7). Этот опыт синтезируется путем выбора функций принадлежности ввода-вывода (I/O) и базы правил. Затем, на втором этапе FLC, механизм вывода на основе входных нечетких переменных использует соответствующие правила IF-THEN в базе знаний, чтобы вывести окончательные выходные нечеткие множества, как показано в таблице 1, где NS, NM, NL, Z, PS, PM, PL соответствуют отрицательным значениям Small, Negative Medium, Negative Large, Zero, Positive Small, Positive Medium, Positive Large соответственно.

Рис. 3. Редактор базы правил… используется для вычисления окончательного нечеткого значения. Дефаззификация с использованием метода COA — означает, что четкий вывод получается с использованием центра тяжести — в котором четкая выходная переменная принимается за геометрический центр выходных нечетких переменных, где она формируется путем объединения всех вкладов правил с степень выполнения больше нуля. Тогда выражение COA с дискретизированной вселенной дискурса может быть Te * — получено путем интегрирования, которое используется для расчета изменения потока ротора, где наблюдается, что в случае PI-регулятора потребуется больше времени для достижения установившегося значения. Но в случае нечеткого регулятора для достижения устойчивого значения потребуется меньше времени.
На этапе дефаззификации подразумеваемое нечеткое множество преобразуется в четкие выходные данные с помощью метода дефаззификации центра тяжести, как указано в формуле (19), zi — числовой вывод при i-м количестве правил, а _(zi) соответствует значение нечеткой функции принадлежности для i-го числа правил. Суммирование производится от одного до n, где n — количество правил, применимых к заданным нечетким входным данным. Это значение, добавленное к эталонной постоянной времени ротора (Tref), дает расчетную постоянную времени (Tr), которая используется в качестве входных данных для F.O.C. блок рис. 1 для обеспечения правильной ориентации привода. Без учета эффектов насыщения (константа Lr) Rr-est получается из оценочной постоянной времени ротора (рис. 2). Следовательно, это значение оценки сопротивления ротора, используемое в модели управления, должно соответствовать его реальному значению, чтобы поддерживать высокий производительность привода асинхронного двигателя, как будет показано позже. Отображение входа/выхода оценки сопротивления ротора FLC показано на рисунке 4, который представляет собой непрерывную сильно нелинейную функцию. Подробное обсуждение конструкции ФЛК см. в 9.0049

Рис. 4: Функция принадлежности нечетких переменных в выходной форме…

Результаты моделирования

Конфигурация общей системы управления показана на рис. реальность насколько это возможно. Поэтому для моделирования всей системы привода в соответствии с рисунком 1 была разработана математическая модель, основанная на уравнениях асинхронного двигателя и уравнениях для оценки сопротивления ротора, которые были получены в разделе III. Кроме того, для завершения имитационной модели потребовалась математическая модель для всех остальных узлов системы привода.

Для анализа производительности системы привода на ее реакцию потока и крутящего момента с изменением сопротивления ротора представленная выше система была смоделирована с использованием программного обеспечения MATLAB/SIMULINK.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором номинальной мощностью 1,5 кВт. Предполагается, что постоянный эталонный поток равен 0,695 Вб, а скорость поддерживается постоянной на уровне 1000 об/мин.

Сопротивление ротора было ступенчато или линейно от 100 до 200 % от его номинального значения, тем самым моделируя изменение сопротивления ротора из-за изменения температуры. Сначала система была запущена до 1000 об/мин с полной нагрузкой 10 Н.м. Через 1,5 с сопротивление ротора ступенчато изменялось от 100 до 200 % от его номинального значения.

На этом рисунке видно, что при отклонении расчетного сопротивления ротора от его реального значения схема ориентации поля расстраивается и командный момент (Te) вместо стабилизации на номинальном значении увеличивается до 17 Н·м для компенсации падение скорости, равное приблизительно 12 об/мин.