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摘要：本文論述了人工智能在電氣傳動領(lǐng)域的發(fā)展概況。其中主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的應(yīng)用特點及發(fā)展趨勢等

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模糊神經(jīng)元控制自適應(yīng)控制

一、引言

人工智能控制技術(shù)一直沒能取代古典控制方法。但隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，控制器設(shè)計的常規(guī)技術(shù)正逐漸被廣泛使用的人工智能軟件技術(shù)(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等)所替代。這些方法的共同特點是：都需要不同數(shù)量和類型的必須的描述系統(tǒng)和特性的“apriori”知識。由于這些方法具有很多優(yōu)勢，因此工業(yè)界強(qiáng)烈希望開發(fā)、生產(chǎn)使用這些方法的系統(tǒng)，但又希望該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、性能優(yōu)異。

由于控制簡單，直流傳動在過去得到了廣泛的使用。但由于它們眾所周知的限制以及DSP技術(shù)的進(jìn)步，直流傳動正逐漸被高性能的交流傳動所取代。但最近，許多廠商也推出了一些改進(jìn)的直流驅(qū)動產(chǎn)品，但都沒有使用人工智能技術(shù)。具信使用人工智能的直流傳動技術(shù)能得到進(jìn)一步的提高。

高性能的交流傳動瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩的控制性能類似于他勵直流電機(jī)的控制性能?，F(xiàn)有兩種高性能交流傳動的控制方法：矢量控制(VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。矢量控制是德國的研究人員在二十多年前提出的，現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，并已廣泛應(yīng)用，很多生產(chǎn)廠商都推出了他們的矢量控制交流傳動產(chǎn)品，最近又大量推出了無速度傳感器的矢量控制產(chǎn)品。盡管在高性能驅(qū)動產(chǎn)品中使用AI技術(shù)會極大地提高產(chǎn)品的性能，可是到目前為止只有兩個廠家在他們的產(chǎn)品中使用了人工智能(AI)控制器；直接轉(zhuǎn)矩控制是大約在十五年前由德國和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現(xiàn)在ABB公司已向市場推出了直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動產(chǎn)品，使得人們對直接轉(zhuǎn)矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉(zhuǎn)矩控制中將會用到人工智能技術(shù)，并將完全地不需要常規(guī)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型了。

英國CT公司(ControlTechniqueplc)推出了世界上第一臺統(tǒng)一變頻器(Unidrive)，其他一些公司也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品，現(xiàn)在這些產(chǎn)品都沒有使用人工智能技術(shù)，“統(tǒng)一”的概念完全依靠軟件實現(xiàn)，這就為軟計算技術(shù)的實現(xiàn)提供了條件。具信在將來統(tǒng)一變頻器將使用直接轉(zhuǎn)矩控制以及各種形式的矢量控制，單一使用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的產(chǎn)品將遭到淘汰。本文也將討論人工智能在統(tǒng)一變頻器中運(yùn)用的一些方面，同時也包括AI控制器在VC和DTC中的運(yùn)用。

AI控制器能否工業(yè)運(yùn)用的關(guān)鍵一點是：實現(xiàn)這些控制器的硬件和軟件。大多數(shù)DSP控制的驅(qū)動器都有足夠的計算能力實現(xiàn)人工智能的算法，并且都能得到大多數(shù)人工智能控制器軟計算所需要的信號。通過運(yùn)用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，就能大大地減少計算和硬件的負(fù)擔(dān)，從而把注意力集中于提高驅(qū)動器的性能、魯棒性和可靠性上面。

在將來，智能技術(shù)在電氣傳動技術(shù)中占相當(dāng)重要的地位，特別是自適應(yīng)模糊神經(jīng)元控制器在性能傳動產(chǎn)品中將得到廣泛應(yīng)用。但是，還有很多研究工作要做，現(xiàn)在還只有少數(shù)實際應(yīng)用的例子（學(xué)術(shù)研究組實現(xiàn)少，工業(yè)運(yùn)用的就更少了），大多數(shù)研究只給出了理論或仿真結(jié)果，因此，常規(guī)控制器在將來仍要使用相當(dāng)長一段時間。

二、人工智能控制器的優(yōu)勢

文獻(xiàn)中，不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但AI控制器例如：神經(jīng)、模糊、模糊神經(jīng)，以及遺傳算法都可看成一類非線性函數(shù)近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解，也有利于控制策略的統(tǒng)一開發(fā)。這些AI函數(shù)近似器比常規(guī)的函數(shù)估計器具有更多的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢如下：

（1）它們的設(shè)計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態(tài)方程，實際控制對象的模型在控制器設(shè)計時往往有很多不確實性因素，例如：參數(shù)變化，非線性時，往往不知道）

（2）通過適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)時間、下降時間、魯棒性能等）它們能提高性能。例如：模糊邏輯控制器的上升時間比最優(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍，過沖更小。

（3）它們比古典控制器的調(diào)節(jié)容易。

（4）在沒有必須專家知識時，通過響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計它們。

（5）運(yùn)用語言和響應(yīng)信息可能設(shè)計它們。

（6）它們有相當(dāng)好的一致性（當(dāng)使用一些新的未知輸入數(shù)據(jù)就能得到好的估計），與驅(qū)動器的特性無關(guān)?，F(xiàn)在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果十分好，但對其他控制對象效果就不會一致性地好，因此對必須具體對象具體設(shè)計。

（7）它們對新數(shù)據(jù)或新信息具有很好的適應(yīng)性。

（8）它們能解決常規(guī)方法不能解決的問題。

（9）它們具有很好的抗噪聲干擾能力。

（10）它們的實現(xiàn)十分便宜，特別是使用最小配置時。

（11）它們很容易擴(kuò)展和修改。

人工智能控制器可分為監(jiān)督、非監(jiān)督或增強(qiáng)學(xué)習(xí)型三種。常規(guī)的監(jiān)督學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的拓樸結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法已經(jīng)定型，這就給這種結(jié)構(gòu)的控制器增加了限制，使得計算時間過長，常規(guī)非人工智能學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用效果不好。采用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和試探法就能克服這些困難，加快學(xué)習(xí)過程的收斂速度。常規(guī)模糊控制器的規(guī)則初值和模糊規(guī)則表是既定“a－priori”型，這就使得調(diào)整困難，當(dāng)系統(tǒng)得不到“a－priori”（既定）信息時，整個系統(tǒng)就不能正常工作。而應(yīng)用自適應(yīng)AI控制器，例如使用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器就能克服這些困難，并且用DSP比較容易實現(xiàn)這些控制器。

常規(guī)模糊邏輯控制器的設(shè)計經(jīng)常使用嘗試法。需要“a－priori”信息，如運(yùn)用自適應(yīng)智能控制器就不需要“a－priori”（a－priroi規(guī)則庫和隸屬函數(shù)）信息。值得注意的是，與常規(guī)非自適應(yīng)智能控制器相反，它根據(jù)輸入信號更新它的“參數(shù)”，換句話說，它對變化的輸入信號具有適應(yīng)性。自適應(yīng)控制器分兩類：間接和直接控制器，間接自適應(yīng)人工智能控制器有一個實時辯識模型，用于控制器的設(shè)計，間接控制器在每個采樣周期需要采樣控制對象的輸入和輸出信號，辯識器和控制器有很多形式，而直接AI控制器用特性表來實現(xiàn)對控制對象的控制，這個特性表由兩個連續(xù)采樣周期間的誤差的變化量構(gòu)成，用來控制電流響應(yīng)。

如用模糊邏輯控制器，最簡單的應(yīng)用可能是標(biāo)量因子的運(yùn)用。這種方法用現(xiàn)在的非自適應(yīng)驅(qū)動器很容易實現(xiàn)，因而對工業(yè)界具有很大的吸引力。用改變隸屬函數(shù)形狀的方法可實現(xiàn)相似的效果。這種運(yùn)用也可能通過改變規(guī)則來實現(xiàn)，如用直接AI控制器來實現(xiàn)，就是自適應(yīng)控制器。它在每個采樣瞬間先使用上一個采樣周期采用的規(guī)則，如果得不到滿意的特性，就用新的規(guī)則替代，從而得到滿意的特性。

總而言之，當(dāng)采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器，規(guī)則庫和隸屬函數(shù)在模糊化和反模糊化過程中能夠自動地實時確定。有很多方法來實現(xiàn)這個過程，但主要的目標(biāo)是使用系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)定的解，并且找到最簡單的拓樸結(jié)構(gòu)配置，自學(xué)習(xí)迅速，收斂快速。

三、人工智能在電氣傳動控制中的運(yùn)用

這一部分主要討論人工智能在交直流傳動中運(yùn)用的進(jìn)展。值得指出的是這是一個廣闊的領(lǐng)域，在過去二年中，研究活動極快的增長，本文只是概括一下人工智能在電氣傳動中的運(yùn)用這一領(lǐng)域的進(jìn)展，不可能覆蓋研究的每一個可能領(lǐng)域。AI控制器在直流傳動中運(yùn)用的大多數(shù)研究集中于模糊邏輯應(yīng)用，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其它智能控制的研究還很少。下面主要討論模糊、神經(jīng)元和模糊神經(jīng)元和模糊神經(jīng)元控制器在交直流傳動中的應(yīng)用。

(一)人工智能在直流傳動中的運(yùn)用

1.模糊邏輯控制應(yīng)用

主要有兩類模糊控制器，Mamdani和Sugeno型。到目前為止只有Mamdani模糊控制器用于調(diào)速控制系統(tǒng)中。限于篇幅本文不詳細(xì)討論其中的原因。值得注意的是這兩種控制器都有規(guī)則庫，它是一個if－then模糊規(guī)則集。但Sugeno控制器的典型規(guī)則是“如果X是A，并且y是B，那么Z=f(x,y)”。這里A和B是模糊集；Z=f(x,y)是x,y的函數(shù)，通常是輸入變量x,y的多項式。當(dāng)f是常數(shù)，就是零階Sugeno模型，因此Sugeno是Mamdani控制器的特例。

Mamdani控制器由下面四個主要部分組成：

（1）模糊化實現(xiàn)輸入變量的測量、量化和模糊化。隸屬函數(shù)有多種形式。

（2）知識庫由數(shù)據(jù)庫和語言控制規(guī)則庫組成。開發(fā)規(guī)則庫的主要方法是：把專家的知識和經(jīng)歷用于應(yīng)用和控制目標(biāo)；建模操作器的控制行動；建模過程；使用自適應(yīng)模糊控制器和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制。

（3）推理機(jī)是模糊控制器的核心，能模仿人的決策和推理模糊控制行為。

（4）反模糊化實現(xiàn)量化和反模糊化。有很多反模糊化技術(shù)，例如，最大化反模糊化，中間平均技術(shù)等。

下面的表1由64個語言規(guī)則組成，是用于電氣傳動控制系統(tǒng)的一種可能規(guī)則表這個規(guī)則表相當(dāng)大，實際應(yīng)用中往往進(jìn)行簡化。在各種出版物中，介紹了許多被模糊化的控制器，但這應(yīng)與“充分模糊”控制器完全區(qū)分開來，“充分模糊”控制器才是完全意義上的模糊控制器，被模糊化的控制器易于實現(xiàn)，往往通過改造現(xiàn)有古典控制器得以實現(xiàn)，如被模糊化的PI控制器（FPIC）使用模糊邏輯改變控制器的比例、積分參數(shù)，從而使系統(tǒng)的性能得到提高（17），控制器參數(shù)的微小變化可能導(dǎo)致特性的極大提高，被模糊化的控制器參數(shù)調(diào)整方法如下：P（ti）=P（ti－1）＋kP＊CP，I（ti）=I（ti－1）＊CI。但如應(yīng)用“充分”模糊邏輯控制器，系統(tǒng)響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于FPIC和最優(yōu)古典PI控制器，用于最優(yōu)化常規(guī)控制器的計算時間比模糊化控制器所需的時間多得多。因此，使用最小配置的FPIC控制器是可能的選擇之一，事實上，這也是用現(xiàn)有驅(qū)動裝置實現(xiàn)的最簡單方法。

在許多電氣傳動文獻(xiàn)中，介紹了用模糊邏輯控制器替代古典PI控制器（主要是速度調(diào)節(jié)器）改進(jìn)系統(tǒng)響應(yīng)的方法?？墒?，文獻(xiàn)（18）詳細(xì)探討了模糊邏輯控制器用于三環(huán)直流電機(jī)控制系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)（速度、電流和勵磁）的設(shè)計和調(diào)整的方法。作者也介紹了PI和PD控制器，文獻(xiàn)（9）介紹了最小配置模糊控制用于直流傳動中的可能性以及組合模糊控制器用于直流傳動中得到滿意響應(yīng)的可能性。下節(jié)討論模糊神經(jīng)控制的直流傳動裝置時，我們將討論這種速度和電樞電流調(diào)節(jié)器組合成單一控制器的情況。

2.ANNS的應(yīng)用

過去二十年，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNS）在模式識別和信號處理中得到廣泛運(yùn)用。由于ANNS有一致性的非線性函數(shù)估計器，因此它也可有效的運(yùn)用于電氣了傳動控制領(lǐng)域，它們的優(yōu)勢是不需要被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，一致性很好，對噪音不敏感。另外，由于ANNS的并行結(jié)構(gòu)，它很適合多傳感器輸入運(yùn)用，比如在條件監(jiān)控、診斷系統(tǒng)中能增強(qiáng)決策的可靠性，當(dāng)然，最近電氣傳動朝著最小化傳感器數(shù)量方向發(fā)展，但有時，多傳感器可以減少系統(tǒng)對特殊傳感器缺陷的敏感性，不需要過高的精度，也不需要復(fù)雜的信號處理。

誤差反向傳播技術(shù)是多層前聵ANN最常用的學(xué)習(xí)技術(shù)。如果網(wǎng)絡(luò)有足夠多的隱藏層和隱藏結(jié)點以及適宜的激勵函數(shù)，多層ANN只能實現(xiàn)需要的映射，沒有直接的技術(shù)選擇最優(yōu)隱藏層、結(jié)點數(shù)和激勵函數(shù)，通常用嘗試法解決這個問題，反向傳播訓(xùn)練算法是基本的最快下降法，輸出結(jié)點的誤差反饋回網(wǎng)絡(luò)，用于權(quán)重調(diào)整，搜索最優(yōu)。輸出結(jié)點的權(quán)重調(diào)整迭代不同于隱藏結(jié)點的權(quán)重調(diào)整迭代。通過使用反向傳播技術(shù)，能得到需要的非線性函數(shù)近似值，該算法包括有學(xué)習(xí)速率參數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的特性有很大影響。

反向傳播算法是多層前聵ANN最廣泛使用的學(xué)習(xí)技術(shù)之一。但有時網(wǎng)絡(luò)的收斂速度很慢，改進(jìn)算法的開發(fā)是一個重要研究領(lǐng)域。英國Aberdeen大學(xué)在這方面取得過令人鼓舞的成績，他們把常規(guī)的反向傳播算法和其它AI技術(shù)結(jié)合起來，使得網(wǎng)絡(luò)快速收斂，魯棒性更好。他們還研究過基于AI技術(shù)的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但沒有現(xiàn)成理論用于最優(yōu)配置，Kolgomorov理論和其他理論也不適用，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練劇中使用遺傳算法可能會提高收斂速度，遺傳算法是一種基于自然進(jìn)化和遺傳機(jī)理的統(tǒng)計搜索方法，它模仿自然界個體適者生存不適者淘汰的原理解決問題，每一代由染色體代表的(一套特征串類似于DNA中的染色體)許多個體組成，每個個體代表搜索空間的一個點和一個可能的解。值得注意的是在神經(jīng)模糊實現(xiàn)中，有時必須使用不同形式的反向傳播技術(shù)，而不是已知的標(biāo)準(zhǔn)形式。反向傳播技術(shù)是在線(Supervised)學(xué)習(xí)技術(shù)，需要充分的輸入－－輸出數(shù)據(jù)對，雖然這種限制也可以用另外的方法加以克服，但該方法是離線的。

日本和德國的研究人員試圖把ANNS用于控制電力變換器，但到目前為止沒有獲得滿意的結(jié)果，這也是一個很有趣的領(lǐng)域。主要的有待解決的障礙是學(xué)習(xí)階段時間花費(fèi)過長，總而言之，問題的關(guān)鍵是要給變換器的控制器找到一個滿意的非線性函數(shù)近似器、得到期望的非線性輸入－－輸出映射。常規(guī)技術(shù)就能實現(xiàn)簡單的映射，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)更復(fù)雜的映射，并且由于它的并行結(jié)構(gòu)這種映射相當(dāng)快。

只有很少的論文討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在直流電機(jī)控制中的應(yīng)用。文獻(xiàn)(21)介紹了兩個多層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在直流電機(jī)速度控制環(huán)中的應(yīng)用。這是一種典型配置。辯識ANN用于訓(xùn)練第二個ANN(神經(jīng)控制器，即過程控制器)，因此過程輸出跟隨給定信號。學(xué)習(xí)過程用的是反向傳播算法。該方法分為二步：第一步ANN被訓(xùn)練用來代表控制對象的響應(yīng)。這需要用到表示控制對象輸出和控制輸入關(guān)系的微分方程。第二步把ANN用于控制對象模型的辯識方案中。在這步中，把ANN與控制對象并行連接，每次迭代時，給ANN提供給定信號作為ANN輸入信號。辯識意味著調(diào)整權(quán)重，使ANN輸出信號(即網(wǎng)絡(luò)輸出)和控制對象輸出信號(即正輸出)的誤差最小。在辯識階段，全局誤差(即方差之和)以固定時間間隔被計算并與希望的最小值比較。第二個ANN是神經(jīng)控制器被用于訓(xùn)練以給出需要的控制對象響應(yīng)。為了訓(xùn)練這個網(wǎng)絡(luò)，在每次采樣輸出時，必須知道誤差(Ec)但僅僅只知道控制對象輸出和希望輸出(由給定輸入決定)的最后誤差，辯識方案中的第一個ANN可將最后誤差Ec反向傳播，用來訓(xùn)練控制器ANN。在誤差最小化過程中，全局誤差能被最小化到希望的值。經(jīng)過訓(xùn)練辯識ANNS和控制ANNS，就可以在實時系統(tǒng)中運(yùn)用被“調(diào)整”的神經(jīng)自適應(yīng)控制方案。文獻(xiàn)(21)介紹了采用ANN自適應(yīng)速度控制方案的直流傳動系統(tǒng)的良好特性以及抗干擾性能。這也證明辯識ANN學(xué)習(xí)到了直流電機(jī)、變換器和負(fù)載的、未知時不變非線性操作特性。但值得指出的是，用于神經(jīng)元控制器的訓(xùn)練時間有時相當(dāng)長，但這個困難可以用上面提到的高級技術(shù)、避免使用常規(guī)的反向傳播算法的方法中以克服。

文獻(xiàn)(22)和(23)介紹了直流傳動系統(tǒng)的ANN控制，給出了理論和實驗結(jié)果。文獻(xiàn)(9)討論了直流傳動的模糊神經(jīng)速度控制器。這是文獻(xiàn)中記載的第一次用單神經(jīng)控制器成功替代雙環(huán)直流傳動系統(tǒng)的常規(guī)速度和電流PI調(diào)節(jié)器的例子。相對地上面討論過的直流傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用了更多的智能技術(shù)，系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的簡化。有趣的是相對于古典多環(huán)PI調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)，這里的電樞電流控制主要起限制電樞電流的作用，并且是通過單個速度、電流組合的模糊神經(jīng)控制器“自動”加以實現(xiàn)。

(二)人工智能在交流傳動中的應(yīng)用

1.模糊邏輯的應(yīng)用

在大多數(shù)討論模糊邏輯在交流傳動中運(yùn)用的文章中，都介紹的是用模糊控制器取代常規(guī)的速度調(diào)節(jié)器，可英國Aberdeen大學(xué)開發(fā)的全數(shù)字高性能傳動系統(tǒng)中有多個模糊控制器(4)，這些模糊控制器不僅用來取代常規(guī)的PI或PID控制器，同時也用于其他任務(wù)。該大學(xué)還把模糊神經(jīng)控制器用于各種全數(shù)字高動態(tài)性能傳動系統(tǒng)開發(fā)中。也有一些優(yōu)秀的文章論述運(yùn)用模糊邏輯控制感應(yīng)電機(jī)的磁通和力矩。討論這種技術(shù)的第一篇文章發(fā)表于1992年(24)。該文中討論了兩種控制策略，如用第一種策略，規(guī)則表有36條規(guī)則，模糊控制器的輸入是磁通和轉(zhuǎn)矩誤差，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁通誤差，改變磁通矢量的輻值和旋轉(zhuǎn)方向，反模糊化技術(shù)用到的是中心梯度法，第一種策略沒有考慮最優(yōu)電壓矢量選擇的梯度。而第二種策略考慮了，這種方案被成功地實現(xiàn)了。

Galvan的兩篇文章(25)、(26)討論了用模糊化速度控制器實現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的矢量控制的方法。并給出了仿真結(jié)果。(也見3.1.1節(jié)討論的模糊化控制器)。矢量控制器也是一種間接控制類型，并且很好的特性。文獻(xiàn)(27)提出了一種模糊邏輯速度控制器。它的輸入標(biāo)定因子是變化的。實驗結(jié)果也驗證了所提方案的有效性。文獻(xiàn)(28)給出了矢量控制器感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的仿真結(jié)果。該系統(tǒng)中模糊速度控制器與常規(guī)的PI速度控制器和CRPWM塑變器一起使用，它往往用來補(bǔ)償可能的慣性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的擾動。常規(guī)PI控制器用來穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度響應(yīng)。矢量控制器使用轉(zhuǎn)子磁通觀測器觀測(UI觀測器，iw觀測器(1)(4))，模糊邏輯用于轉(zhuǎn)子電阻的估計。

到目前為止，只有兩種運(yùn)用人工智能技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品，其一是下節(jié)介紹的安川矢量變頻器，另一個是日立矢量變頻器，日立公司最近開發(fā)了J300系列IGBT矢量變頻器，功率范圍是5.5KW－－55KW。它的主要特點是使用無傳感器矢量控制算法和強(qiáng)大的自調(diào)整功能。無傳感器磁通矢量控制方案采樣兩相定子電流，在初始自整定階段，電機(jī)和負(fù)載的慣性以及其他參數(shù)例如定子電感，定子和轉(zhuǎn)子電阻、勵磁電感等參數(shù)被計算。日立公司宣稱這是世界上第一臺使用模糊控制的變頻器。它考慮了電機(jī)和系統(tǒng)的特性，轉(zhuǎn)矩計算軟件在整個頻率范圍保證了轉(zhuǎn)矩的精確控制。變頻器的主要性能指標(biāo)如下：1Hz時150％或更高的啟動轉(zhuǎn)矩；在3∶1的速度范圍(20到60HZ/16到50HZ)電機(jī)不用降低功率使用；速度調(diào)節(jié)比率小于。

J300系列變頻器由于使用了高速微處理器和內(nèi)置DSP，因此具有很的響應(yīng)速度，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度大約可達(dá)到0.1秒。它使用模糊邏輯控制電機(jī)電流和加減速斜率。它能根據(jù)電機(jī)負(fù)載和制動需要計算加減速的最優(yōu)時間，因此不需要嘗試法進(jìn)行調(diào)整。模糊邏輯加減速度函數(shù)根據(jù)模糊規(guī)則設(shè)定加減速度比例因子和速度，而模糊規(guī)則則用當(dāng)前值與過載限幅(或其它限幅)值的差值以及電機(jī)電流和電壓的梯度作為輸入變量。梯度和差值構(gòu)成四個隸屬函數(shù)，兩個隸屬函數(shù)是三角函數(shù)，另二個是半梯形。當(dāng)用常規(guī)的簡單電流限幅控制，變頻器的斜率是步進(jìn)型的，經(jīng)常引起變頻器跳閘。特別是在減速時。當(dāng)用模糊邏輯控制時，斜率十分平滑，變頻器假跳閘的現(xiàn)象也消除了。變頻器在風(fēng)機(jī)和泵類的運(yùn)用最能體現(xiàn)模糊邏輯控制的優(yōu)勢。在這些應(yīng)用中，不需要恒定的加減速時間或精確的位置控制。在這些應(yīng)用中，不需要恒定的加減速時間或精確的位置控制。需要的是與負(fù)載條件有關(guān)的加減速度的最優(yōu)化。模糊控制能實現(xiàn)加減速度的最優(yōu)控制。

AI控制器也能提高直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能，這也是值得深入研究的一個寬廣領(lǐng)域。英國Aberdeen大學(xué)的研究人員開發(fā)了基于人工智能的開關(guān)矢量選擇器以及速度、轉(zhuǎn)矩、磁通觀測器等，初步結(jié)果令人鼓舞(9)?？梢灶A(yù)見不久的將業(yè)，將會得到更好的結(jié)果，將會出現(xiàn)更多的工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品(47)(48)。

2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

非常少的文章討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于交流電機(jī)的控制，大量文章討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在交流電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)的條件監(jiān)測和診斷中的運(yùn)用。文獻(xiàn)(33)介紹了使用常規(guī)反向轉(zhuǎn)波算法的ANN用于步進(jìn)電機(jī)控制算法的最優(yōu)化。該方案使用實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和初始速度來確定最大可觀測速度增量。這就需要ANN學(xué)習(xí)三維圖形映射。該系統(tǒng)與常規(guī)控制算法(梯形控制法)相比具有更好的性能，并且大大減少了定位時間，對負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大范圍變化和非初始速度也有滿意的控制效果。文獻(xiàn)(34)用兩個ANNS控制和辯識感應(yīng)電機(jī)，但只給出了仿真研究。這是第一篇討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在感應(yīng)電機(jī)控制中的應(yīng)用，這個方案與3.1節(jié)中討論的直流驅(qū)動方案類似，ANNS的結(jié)構(gòu)是多層前饋型，運(yùn)用常規(guī)反向傳播學(xué)習(xí)算法。該系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)構(gòu)成，一個系統(tǒng)通過電氣動態(tài)參數(shù)的辯識自適應(yīng)控制定子電流，另一個系統(tǒng)通過對機(jī)電系統(tǒng)參數(shù)的辯識自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)子速度。該文討論了這些控制方案與常規(guī)方案的各種優(yōu)點。

文獻(xiàn)(35)討論了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電氣機(jī)械系統(tǒng)，文獻(xiàn)(36)介紹了運(yùn)用直接控制ANN觀測電壓源PWM供電的感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中的磁通的方法。這種基于ANN的磁通觀測器的主要優(yōu)點是對諧波具有免疫性。ANN是使用反向傳播學(xué)習(xí)算法的多層前饋類型。ANN觀測的磁通具有振蕩性，因而引起轉(zhuǎn)矩振蕩。如果用別的方法，可能得到更好的結(jié)果。

最后值得指出的是現(xiàn)在發(fā)表的大多數(shù)有關(guān)ANN對各種電機(jī)參數(shù)估計的論文，一個共同的特點是，它們都是用多層前饋ANNS，用常規(guī)反向傳播算法，只是學(xué)習(xí)算法的模型不同或被估計的參數(shù)不同。

四、結(jié)論

本文試圖對人工智能電氣傳動控制系統(tǒng)領(lǐng)域的進(jìn)展做一回顧。內(nèi)容涉及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電氣傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用，討論了模糊、神經(jīng)和模糊神經(jīng)控制器等人工智能技術(shù)的優(yōu)點。也討論了人工智能最小配置的應(yīng)用。但到目前為止，使用人工智能技術(shù)的變速傳動工業(yè)產(chǎn)品才剛剛出現(xiàn)，只有兩家公司推出他們的產(chǎn)品。雖然使用人工智能技術(shù)的實際產(chǎn)品和應(yīng)用還不多，但不久的將來，人工智能技術(shù)在電氣傳動領(lǐng)域?qū)〉弥匾牡匚?，特別是自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器將在高性能驅(qū)動產(chǎn)品中得到廣泛使用。