交流電機調(diào)速系統(tǒng)魯棒控制和魯棒觀測方法研究.pdf

1、交流電機調(diào)速系統(tǒng)在多種工業(yè)驅(qū)動場合中已得到廣泛應(yīng)用，無速度傳感器控制成為現(xiàn)代交流傳動控制技術(shù)的一個重要研究方向。然而交流電機是一個多變量耦合的非線性系統(tǒng)，并且受電機參數(shù)變化、負載擾動等不確定性的影響較大。因此，如何提高交流電機調(diào)速系統(tǒng)的魯棒性能成為了當(dāng)前交流傳動研究領(lǐng)域的熱點問題，其主要解決途徑是新型控制策略和無速度傳感器方法的實現(xiàn)。本文主要圍繞矢量控制系統(tǒng)中基于內(nèi)模控制的魯棒觀測器和基于H∞的魯棒控制器進行深入研究。具體研究工作包括以

2、下幾個方面：
　　針對矢量變換后感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型中存在的d軸和q軸之間交叉電勢的耦合作用，基于內(nèi)?？刂圃?，提出了一種感應(yīng)電機二自由度內(nèi)模控制策略。建立了感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型，研究了二自由度內(nèi)?？刂频目刂茩C理，并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，最后使用所提方法進行了內(nèi)?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)計算。該方法對模型精度要求低、解耦效果好、魯棒性強。同時，采用二自由度內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)可以同時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的跟隨性能、抗干擾性能，使兩者的性能均獲得優(yōu)化。仿真

3、結(jié)果驗證了該方法的有效性。
　　內(nèi)?？刂萍旱玫綇V泛關(guān)注，其結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。其控制性能直接關(guān)系到濾波器的時間常數(shù)，從而影響了其在電機驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文提出了一種基于免疫算法的感應(yīng)電機二自由度內(nèi)模控制策略的新方法，在免疫應(yīng)答系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對免疫算法進行了研究，并對算法的實現(xiàn)進行了分析。引入內(nèi)?？刂破鞯亩杂啥让庖咚惴?，濾波時間常數(shù)在線調(diào)整充分利用免疫算法的自適應(yīng)實現(xiàn)。仿真和實驗結(jié)果驗證了采用免疫算法的感應(yīng)電機二自由度內(nèi)?？刂撇?/p>

4、略的有效性。
　　提出了一種基于魯棒H∞觀測器的永磁同步電機轉(zhuǎn)速估計方法。建立永磁同步電機的非線性數(shù)學(xué)模型，以交軸電流iq作為輸入信號設(shè)計了狀態(tài)反饋控制器，通過求解Riccat i方程得到觀測器的反饋控制律，確保魯棒H∞觀測器對目標(biāo)實際狀態(tài)的良好跟蹤。將該算法在永磁同步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)實驗平臺上進行驗證,所得估計轉(zhuǎn)速在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有良好地跟蹤性能。系統(tǒng)狀態(tài)突變或負載擾動時，擾動抑制效果良好，并對電機參數(shù)變化具有較強的

5、魯棒性。
　　本文采用H∞速度觀測器取代機械傳感器，實現(xiàn)了對永磁同步電機的速度估計，但其觀測性能與權(quán)系數(shù)的選取有直接關(guān)系，限制了其在高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法的永磁同步電機H∞速度觀測器，將粒子群算法引入到H∞魯棒觀測器之中，并分析了該算法的實現(xiàn)方式，該方法充分利用了粒子群算法的記憶性對觀測器進行參數(shù)整定和優(yōu)化。仿真結(jié)果證明：基于粒子群優(yōu)化算法的永磁同步電H∞機速度觀測器進一步提高了PMSM無速度