感應(yīng)電機(jī)交流調(diào)速魯棒控制若干方法研究.pdf

1、論文以高性能感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)感應(yīng)電機(jī)模型中變量的非線性耦合，模型參數(shù)不確定性和外界干擾等問題，在轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)、電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)等方面，進(jìn)行了深入的理論分析和計(jì)算機(jī)仿真研究。 本文研究具有參數(shù)不確定性和外部擾動(dòng)的一類系統(tǒng)，即線性變參數(shù)系統(tǒng)。系統(tǒng)的參數(shù)變化狀態(tài)方程由多胞矩陣描述，利用H<,2>/H<,∞>范數(shù)條件與系統(tǒng)狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)的線性矩陣不等式(LMI)之間的等價(jià)性，獲得系統(tǒng)的魯棒性能。然后，基于魯棒加權(quán)函數(shù)

2、法所設(shè)計(jì)的控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入?yún)⒖夹盘?hào)的有效跟蹤并能有效抑制外界干擾。最后，提出了一種同時(shí)考慮分段及參數(shù)變化率的LMI設(shè)計(jì)方法，討論了參數(shù)分段、參數(shù)變化率與系統(tǒng)穩(wěn)定性及L<,2>增益的關(guān)系，以降低系統(tǒng)的保守性。仿真說明了系統(tǒng)具有魯棒穩(wěn)定性和對(duì)干擾的抑制作用，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的有效性。 針對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大范圍變化下，特別在低速運(yùn)行時(shí)，定子的電阻變化影響下，如何獲得精確的轉(zhuǎn)子磁鏈問題，論文采用線性變參數(shù)多胞輸出反饋控制器設(shè)計(jì)理論，提出了一

3、種新的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)方法。該方法引入了多胞技術(shù)，設(shè)計(jì)了含極點(diǎn)配置的隨變參數(shù)自調(diào)整的輸出反饋控制器；同時(shí)，將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為線性變參數(shù)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電阻作為系統(tǒng)的變參數(shù)，利用魯棒控制理論，通過求解線性矩陣不等式組，設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)控制器，即轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，它具有魯棒穩(wěn)定性能和良好動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)及仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)觀測(cè)器的有效性，觀測(cè)器的性能有了很大的提高。 基于無源性控制理論，證明了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈子系統(tǒng)的無源性，找到系統(tǒng)能量耗散特性

4、方程中的“無功力”，表明它不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得出無需轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)反饋即能穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)子磁鏈的參考值的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，它是一種間接磁場(chǎng)定向控制方法；同時(shí)考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻在運(yùn)行中發(fā)生未知變化，設(shè)計(jì)了相應(yīng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)器使系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子電阻呈現(xiàn)魯棒性，由于其控制律是全局定義的，不存在輸入輸出線性化解耦奇點(diǎn)問題。仿真驗(yàn)證了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子磁鏈及轉(zhuǎn)速的漸近跟蹤性能。 基于耗散性與穩(wěn)定性之間的等價(jià)關(guān)系和投影原理，提出了具有L，增益的非線性自適應(yīng)魯棒器

5、并應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)控制。針對(duì)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的不確定性，在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，引入了與不確定性參數(shù)相對(duì)應(yīng)的可調(diào)參數(shù)，利用投影定理設(shè)計(jì)了自適應(yīng)控制律，在線修正參數(shù)值，該自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)方案保證了感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的無源性；同時(shí)耗散性分析中采用了L<,2>增益算法，使系統(tǒng)不但對(duì)不確定項(xiàng)具有魯棒性，而且對(duì)外部干擾具有抑制作用，從而保證了整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。數(shù)值仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。針對(duì)感應(yīng)電機(jī)復(fù)雜耦合非線性模型，提出了一種應(yīng)用二次型最優(yōu)

6、控制理論設(shè)計(jì)跟隨調(diào)節(jié)器的控制方法。首先比較了3種轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向線性解耦控制方法各自的特點(diǎn)，提出了一種將電機(jī)數(shù)學(xué)模型中轉(zhuǎn)子磁鏈幅值與轉(zhuǎn)子角速度完全線性化解耦的方法；再按照線性系統(tǒng)理論對(duì)磁鏈幅值Ф與轉(zhuǎn)子角速度ω的兩個(gè)線性的一階微分方程求解：最后，應(yīng)用二次型最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)跟隨調(diào)節(jié)器。該方法解決了矢量控制非線性耦合問題，設(shè)計(jì)的控制律沒有奇異點(diǎn)問題，算法簡(jiǎn)單易于理解。計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。 針對(duì)含有不確定項(xiàng)的非線性系統(tǒng)

7、的控制問題，提出了一種基于Lyapunov理論的魯棒穩(wěn)定和跟蹤控制算法并應(yīng)用到感應(yīng)電機(jī)控制中。針對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的感應(yīng)電機(jī)控制中，轉(zhuǎn)子電阻具有時(shí)變性且難以測(cè)量，它的不確定性會(huì)影響到電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，該方法將感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分解為標(biāo)稱子系統(tǒng)和不確定子系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)非線性反饋補(bǔ)償控制律，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制目標(biāo)，從而有效地克服了不確定項(xiàng)的測(cè)量和影響問題。仿真結(jié)果表明，論文所提出的方法是可行性的，能夠保證即使在轉(zhuǎn)子電阻偏離其標(biāo)稱值時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)