系统与信息技术学报：VGPI速度控制CSI馈电SCIM驱动器的高性能速度跟踪

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报5（2018）635采用变增益比例积分（VGPI）速度控制器的CSI馈电SCIM驱动器的高性能速度跟踪S.M. Tripathia， Ashish Mishrab， A.K.P和EYCaKamla Nehru Institute of Technology，Sultanpur，U.P.，电气工程系，印度b电气&电子工程系，R.R.S. 管理技术研究所，Amethi，U.P.，印度c电气工程系，M.M.M. University of Technology，Gorakhpur，U.P.印度接收日期：2016年12月12日;接收日期：2017年5月2日;接受日期：2017年8月27日2017年9月21日在线发布摘要传统的PI控制器用于感应电动机驱动器的变速操作的外速度控制回路中，在参考速度扰动期间或在负载条件的增加/减少期间遭受大的本文将变增益比例积分（VGPI）控制器应用于电流型逆变器供电的鼠笼型异步电动机调速系统的外环速度控制中。通过MATLAB仿真，不仅在参考速度的几个扰动，而且在负载条件下的突然变化的VGPI速度控制器的驱动性能进行评估，然后与采用传统的PI速度控制器进行比较VGPI速度控制器提供了整体更好的速度跟踪性能，大大减少了超调。© 2017 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：电流型逆变器; MATLAB仿真;鼠笼式异步电动机;变增益比例积分速度控制器1. 介绍如今，三相感应电机在诸如泵、风扇、家用电器、电动车辆和机车等的众多工业驱动应用中发挥着重要作用（dosSantos等人，2014年）。更重要的是，感应电机也被用于现代风力发电应用中（Luna等人，2008;DösogluandArsoy，2016; Kenan Dösoglu，2016 a; Kenan Dösoglu，2016 b; Nourelloun，2011）。 一方面，鼠笼式感应电机正在产生总装机容量的约30%（Luna等人，2008年）。另一方面，基于双馈感应电机的 风 力 涡 轮 机 在 大 多 数 新 兴 的 变 速 风 力 发 电 技 术 中 也 越 来 越 重 要 （ Dösoglu 和 Arsoy ， 2016年;KenanDösoglu，2016年a;KenanDösoglu，2016年b;Tripathi等人， 2015年）。一般来说，存在许多优点，例如简单性、较低成本、坚固性、稳健设计、高性能、低成本、高可靠性、高可靠性。*通讯作者。电子邮件地址：mani excel@yahoo.co.in（S.M. Tripathi），ashish06cest@gmail.com（A. Mishra），akp1234@gmail.com（A.K.Pandey）。https://doi.org/10.1016/j.jesit.2017.08.0012314-7172/© 2017电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。636S.M. Tripathi等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 5（2018）635可靠性和不需要维护，因此鼠笼式感应电动机（SCIM）尤其在许多工业中作为高性能变速驱动器得到应用（dosSantos等人，2014年;Nourelloun，2011年）。高性能变速电机驱动器必须具有良好的动态速度跟踪以及负载干扰抑制能力，其特征在于其外部反馈控制回路中的速度控制器（Liaw等人，2001年）。传统上用于电机驱动应用的比例加积分（PI）控制器具有对于参考值的阶跃变化实现零稳态误差的能力，并且通过简单且众所周知的控制律来合成（Ahmed等人，1997;Gadoue等人，2009;Lokriti等人，2013年）。然而，PI控制器受到动态速度跟踪中不期望的大百分比峰值过冲的限制，同时驱动器经历参考速度命令或负载转矩的扰动（Ahmed等人， 1997; Mechernene等人，2013; Miloudi和Draou，2002; Miloudi等人， 2007; Krikelis和Barkas，1984; Heber等人， 1997年; Tripathi和Pandey，2011年）。为了解决高超调的问题，提出了基于人工神经网络（ANN）和模糊逻辑的智能控制器（Zil ko vá等人，2006;Mallesham和VenkataRamana，2007），其中不确定非线性系统的精确数学模型不是必需的（Lokriti等人， 2013; Pan等人， 2011; Uddin等人， 2002年的年度报告;Abed等人， 2008年）。然而，模糊逻辑不仅需要一个全面的规则库，而且还需要适当形状的隶属函数（Heber等人， 1997; Tripathi等人， 2012年）。而且，模糊逻辑控制器的性能在恶劣的操作条件下可能是不足的（Lokriti等人，2013;Rajni等人，2011年）。另一方面，如果训练数据不足以处理所有驱动操作模式，则ANN没有价值（Tripathi等人， 2012年; Kumar等人， 2009年）。 一些文献，如（Wai，2000）提出了滑模方法来解决这个问题，然而，解决方案涉及一些复杂性，因此，不太受欢迎。此外，其他一些先进的方法，如变结构控制（Hung等人， 1993）、最优控制（Kim等人， 1988）、鲁棒控制（Liaw和Lin，1994）和自适应控制（Lin和Liaw，1993）也已经在研究文献中被提出，以便在电机驱动器的各种操作条件下实现期望的性能要求（Liaw等人， 2001年）。在调查文献时，发现了一种解决方案，即用可变增益PI（VGPI）控制器代替固定增益PI速度控制器，以提高电机驱动器的速度跟踪性能，从而减少过冲（Mechernene等人，2013; Miloudi和Draou，2002; Miloudi等人，2007; Miloudi等人，2005; Chikouche等人， 2013年）。事实上，当以一般形式表示时，常规固定增益PI控制器产生VGPI控制器，其中比例和积分增益沿着调谐曲线变化（Miloudi和Draou，2002; Miloudi等人，2007年）。 在（Miloudi等人，2007;Miloudi等人，2005），VGPI控制器制定和调整的直接转矩神经模糊控制（DTNFC）感应电机驱动器的速度控制。参考文献 （Miloudi和Draou，2002）和（Chikouche等人，2013）分别证明了VGPI控制器对于电压馈电感应电机和双馈感应电机（DVDE）驱动器的速度控制的有效性。VGPI控制器的动态性能在（Mechernene等人， 2013年）。然而，在上述文献中（Mechernene等人，2013; Miloudi和Draou，2002; Miloudi等人，2007;Miloudi等人，2005;Chikouche等人，2013），采用VGPI控制器，并证明其速度跟踪性能与电压源逆变器（VSI）馈感应电机（IM）驱动器。相反，由于固有的四象限受控电流操作和具有较低dv / dt的电机友好波形，自换向滑差调节电流源逆变器（CSI）馈电IM驱动器优于VSI馈电IM驱动器（Tripathi和Pandey，2011; Beig和Ranganathan ， 2006; Pandey 和 Tripathi ， 2011; Srivastava 和 Tripathi ， 2011; Nedic 和 Lipo ， 2006;Kwak 和Toliyat，2006）。为此，本文提出了代表性的VGPI控制器的电压/Hz控制的脉宽调制CSI馈鼠笼式感应电动机（SCIM）驱动器的速度控制，以克服在动态速度跟踪或扰动负载转矩的不希望的大百分比峰值超调的问题。为了验证所提出的VGPI速度控制器在参考速度变化或电机负载转矩扰动下的性能，使用MATLAB获得了大量的仿真结果它表明，一个适当调整的VGPI速度控制器可以优于传统的PI速度控制器，无论是当驱动器受到扰动的参考速度和负载转矩突然增加/减少时发生。本文的组织如下-第2节介绍了采用VGPI速度控制器的CSI馈电SCIM驱动器的系统配置和控制结构。在第三节中S.M. Tripathi等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 5（2018）635637pFig. 1.采用VGPI/PI速度控制器的CSI馈电SCIM驱动器。采用建议的VGPI和传统的PI速度控制器。 结果讨论见第4节。最后，在第5节中得出了一些结论。2. 系统配置和控制本文的主要贡献是建议，调整和测试的VGPI速度控制器的SCIM驱动器的高性能速度跟踪 作为应用示例，给出了基于伏特/Hz标量控制策略的简单控制结构（其是最常用的工业电机驱动控制策略之一（dosSantos等人，2014），其中，需要保持恒定的伏特/Hz比，以便将磁气隙通量值限制在指定值内）被认为是在本文中的速度控制的脉冲宽度调制CSI馈入SCIM驱动器采用所提出的VGPI速度控制器。所提出的CSI馈SCIM驱动器基本上由三相AC源、在PWM整流器和PWM电流源逆变器之间的DC链路平滑电抗器组成，所述PWM电流源逆变器馈入三相SCIM，所述三相SCIM在其端子处具有三相电容器组。如前所述，驱动系统使用伏特/Hz控制策略来控制，其中内部电流控制回路涉及PI控制器，并且外部速度控制回路可以涉及常规PI控制器或所提出的VGPI控制器。完整的示意图所提出的驱动系统是说明图。1.一、根据要研究的控制问题，可以优先选择合适的参考系来开发建模方程（Lee等人，1984/85）。然而，优选 同 步 旋 转 参 考 系 的 关 键 优 势 在 于 ， 控 制 变 量 可 以 被 视 为 稳 定 的 DC 量 （ KenanDösoglu ， 2016b;KenanDösoglu，2016 c）。为了在其外反馈控制回路中采用VGPI速度控制器的驱动器的性能分析的目的，在本文中，所提出的CSI馈电SCIM驱动器的上述部件的闭合形式建模方程被认为与使用在（Tripathi和Pandey，2011;Pandey和Tripathi，2011;Pandey等人，2006年）。在传统的基于PI速度控制器的方案中（Tripathi和Pandey，2011; Pandey和Tripathi，2011; Tripathi等人，2011），外部PI速度控制器通过如下比较转子速度（ωr ef−ωr）的参考值和实际值来产生参考转差速度（ω s lωsl=.kps +kis（ω ref -ωr）（1）638S.M. Tripathi等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 5（2018）635=（ω）.Σ⎪⎩.Σ如果t≥Ts，则KpfS其中，K ps和K is 分别是外部PI速度控制器的比例和积分增益。使用（1）估计的ωsl用于计算逆变器的开关频率（ωe）和参考DC链路电流（Iref）如下ωe=ωr+ωsl（2）. .∗ 2∗2英里。√2 ΣIref=其中，（我行动）+（Ireact −Ic）。K（三）Ic=Ireact−Ic（4）Ic=k11ωe2（5）Ic（额定）k112e（额定）（六）Iact=k1ωsl+常数（7）Ireact=k2ωsl+常数（8）k1和k2分别是“有功定子电流分量”对“转差速度”和“无功定子电流”对“转差速度”曲线的斜率这些曲线如（Pandey等人，对于常规PI速度控制器，如下使用在（Pandey和Tripathi，2011）中全面讨论的D分区整定方法来确定Kps和KIsK ps = 0。23和K is = 0. 三十二（九）在实际实践中，基于PI的控制器主要是工业过程控制应用中采用的控制器（Tripathi等人，2016年）。但是，这种控制器在跟踪参考速度时显示出大的过冲（dosSantos等人， 2014; Luna等人， 2008年; Dösoglu和Arsoy，2016年）。 常规固定增益PI控制器的这个主要缺点可以通过保持控制器的结构不变并且仅沿着控制器的增益调谐多项式曲线随时间改变比例和积分器增益来克服（dos Santos等人，2014;Luna等人，2008;Dösoglu和Arsoy，2016;Gadoue等人，2009;Lokriti等人， 2013年）。在本文中，CSI馈电SCIM驱动器的速度PI控制器被VGPI速度控制器取代，如图1所示。对于VGPI速度控制器，Kps和Kis的值定义为：Kps=⎧⎪⎨（Kpf−Kpi）tnTs+Kpiif t

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