以模糊方法為基礎之無感測器電流型感應馬達之向量控制

Sensorless Vector Control for Current-Mode Induction Motors Based on Fuzzy Approach

陳偉哲(Wei-Je Chen)

指導教授 ： 練光祐

中原大學/工學院/電機工程研究所/碩士(2005年)

https://doi.org/10.6840/cycu200500298

摘要

由於感應馬達被廣泛的運用在工業界，再加上它的可靠度高及低成本，促使許多人投入研究；由於它的系統動態呈現高度非線性的耦合，因此嚴謹的控制器設計與分析有其難度，所以，在此我們針對感應馬達的Voltage-Mode及Current-Mode兩種數學模型，分別設計估測器及控制器。
從相關文獻上，感應馬達的無轉速器控制是目前的發展趨勢；我們希望能發展出observer-based的速度控制器，因此在本論文中，針對感應馬達提出Current-Mode觀念及無速度感測器之速度追蹤控制，在假設電氣及機械參數已知的情況下，去設計模糊估測器和模糊控制器。首先，在估測器的設計部分，對於馬達不可量測之狀態做估測，並且證明所設計的估測器其估測誤差會趨近於零。在控制器的部分，則提出兩種設計方式，分別利用Current-Mode觀念引進了PI控制器，並結合VDV（Virtual Desired Variable）和向量控制，簡化了設計上的複雜度。控制器及估測器可分別設計，並利用Lyapunov function來做穩定性分析，控制器增益及估測器增益則可藉由LMIs求得。
透過理論設計推導，先使用MATLAB模擬完成後，我們實作上述所設計的方法，利用SIMU-DRIVE 和MATLAB-SIMULINK來實現模糊估測器及模糊控制器，兩種控制器分別在不同條件下，展現出它的效能。

關鍵字

模糊估測器 ； 感應馬達 ； 電流型數學模型 ； 模糊向量控制器

並列摘要

This thesis presents a current-mode concept and a design method for sensorless induction motors to achieve speed tracking. First, the traditional ideal current loop is replaced by the assumption of allowing a bounded stator voltage and a finite absolute-integral of current tracking error. From this practical current-mode model for the induction motors is used for the controller design. Our objective is to develop a fuzzy observer-based, controller for speed tracking. Second, the fuzzy observer is addressed to estimate the immeasurable states of rotor flux
and rotor electric angular speed, whereby zero estimation error is concluded. Third, the controller is proposed by using the design concept of virtual desired variables. In light of this concept, the concept of vector control is presented. The vector control and the fuzzy observer are independently designed. According to the derived stability criterion, the observer gains and control gains are obtained by solving
linear matrix inequalities. Finally practical simulations and experiments are found to be consistent with theoretical derivations.

並列關鍵字

fuzzy vector control ； fuzzy observer ； induction motors ； current-mode model

參考文獻

transvector closed- loop control system for rotation field machines,”

[3] Y. Zhang, C. Jin, and V. Utkin, “Sensorless sliding-mode control of

induction mo- tors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 47, pp. 1286-1297,

Dec. 2000.

speed-sensorless control of induction machine,” IEEE Trans. Ind.