1直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)調(diào)速原理
矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是現(xiàn)代交流調(diào)速領(lǐng)域中相當(dāng)**的2種控制方法。與矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接將磁通和電磁轉(zhuǎn)矩作為控制變量，無(wú)需進(jìn)行磁場(chǎng)定向和矢量變換，不需要把交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為等效直流電動(dòng)機(jī)的控制，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中復(fù)雜的計(jì)算，在很大程度上克服了矢量控制的缺點(diǎn)。正因如此，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，較高的速度精度，并以新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，**的動(dòng)靜態(tài)性能得到迅速發(fā)展。
2基于蟻群算法優(yōu)化的礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前我國(guó)礦井提升機(jī)設(shè)備中大量沿用傳統(tǒng)的繞線(xiàn)型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入金屬電阻，用接觸器切除電阻的方法進(jìn)行調(diào)速，這種調(diào)速方式為有極調(diào)速。在不同速度換擋切換過(guò)程中，調(diào)速特性為跳躍式變化，速度不連續(xù)，造成調(diào)速性能不好，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊，如纏繩不穩(wěn)，沖擊減速器等，尤其電機(jī)運(yùn)行在再生制動(dòng)區(qū)域時(shí)所產(chǎn)生的大量能量消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，造成能源極大浪費(fèi)。
直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器一般采用PID控制器，但實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中由于具有飛行性，不確定性等特點(diǎn)，常規(guī)的PID控制器不能達(dá)到理想的控制效果，容易受到系統(tǒng)參數(shù)變化的影響，難以適應(yīng)現(xiàn)***產(chǎn)中復(fù)雜的環(huán)境要求，調(diào)速時(shí)的快速性和穩(wěn)態(tài)性之間難以協(xié)調(diào)。本文中利用蟻群算法的全局尋優(yōu)能力來(lái)優(yōu)化PID的3個(gè)參數(shù)，從而改善調(diào)速性能。
蟻群算法是一種仿生優(yōu)化算法，基本原理：螞蟻在運(yùn)動(dòng)中會(huì)在路途分泌出一種信息素來(lái)尋找路徑，當(dāng)遇到一個(gè)從來(lái)沒(méi)有走過(guò)的路口，會(huì)隨機(jī)尋找一條道路前行，同時(shí)會(huì)釋放出與路徑長(zhǎng)度有關(guān)的信息素，路徑越長(zhǎng)則分泌的信息素越少。當(dāng)蟻群中的其他螞蟻再次遇到這個(gè)路口時(shí)，會(huì)選擇信息素?cái)?shù)量較大的路口前進(jìn)，從而形成一個(gè)正反饋機(jī)制。相當(dāng)優(yōu)路徑上的信息素?cái)?shù)量會(huì)越來(lái)越多，其他非優(yōu)路徑上的信息素會(huì)越來(lái)越少直至消失，**終蟻群所有螞蟻都能夠得到運(yùn)動(dòng)的相當(dāng)優(yōu)路徑。螞蟻之間的這種通過(guò)交換路徑信息從而為蟻群找出相當(dāng)佳路徑的方法即為蟻群算法的基礎(chǔ)。
蟻群算法優(yōu)化模糊PID控制器的步驟如下：
?。?）PID控制器參數(shù)初始化。
?。?）循環(huán)次數(shù)Nc遞增；
（3）螞蟻個(gè)數(shù)m遞增；
?。?）螞蟻隨機(jī)搜索，每一次爬行結(jié)束后修改禁忌表元素，禁忌表中儲(chǔ)存著第k只螞蟻已經(jīng)訪問(wèn)過(guò)的路徑，不允許螞蟻再次經(jīng)過(guò)；
（5）將每一個(gè)變量劃分為模糊子集；
?。?）設(shè)定隸屬函數(shù)，螞蟻個(gè)體根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率公式計(jì)算的概率選擇元素并前進(jìn)。
（7）通過(guò)提供樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練得到產(chǎn)生模糊規(guī)則的條件；
（8）檢測(cè)螞蟻個(gè)體元素是否完全遍歷，若沒(méi)有完全遍歷出現(xiàn)k<M的情形，則要求繼續(xù)遍歷，即執(zhí)行（4），若完全遍歷則執(zhí)行（10）；< p="">
（9）根據(jù)螞蟻遍歷后所更新的信息素濃度強(qiáng)度信息來(lái)獲得相當(dāng)佳路徑，即得到相當(dāng)優(yōu)的PID參數(shù)值；
?。?0）若尋優(yōu)結(jié)果滿(mǎn)足結(jié)束條件，即如果循環(huán)次數(shù)Nc≥Ncmax，則循環(huán)結(jié)束并輸出程序計(jì)算結(jié)果，否則清空禁忌表并跳轉(zhuǎn)到（2）。
3仿真實(shí)驗(yàn)
為了驗(yàn)證新型控制方案的有效性，仿真所用的異步電機(jī)參數(shù)為：額定功率P=12kW，額定頻率f= 50Hz，定子電阻Rs=1.1578Ω，轉(zhuǎn)子電阻Rr=1.1578Ω，定子電感Ls=0.3258H，轉(zhuǎn)子電感Lr=0.3277H，定轉(zhuǎn)子互感Lm=0.3514H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.03kgm·2，極對(duì)數(shù)Pn=2，給定轉(zhuǎn)矩T=60N·m.
傳統(tǒng)控制方案和優(yōu)化控制方案下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)圖。仿真結(jié)果表明，采用蟻群算法優(yōu)化的模糊PID控制器能實(shí)時(shí)根據(jù)控制系統(tǒng)的速度偏差和速度偏差率變化的情況在線(xiàn)調(diào)整控制參數(shù)，從而使系統(tǒng)的上升時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量均減小，同時(shí)過(guò)渡過(guò)程更為平穩(wěn)些，尤其進(jìn)一步改善了系統(tǒng)在低速時(shí)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速方案轉(zhuǎn)矩階躍狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩和電流波形圖，可以看出新型控制策略轉(zhuǎn)矩響應(yīng)非?？?，轉(zhuǎn)矩突變情況下能夠迅速**且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，電流畸變小，系統(tǒng)靜，動(dòng)態(tài)性能良好。
