基于凸優(yōu)化算法的永磁同步電機(jī)魯棒控制問題研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)具有高功率密度、高效率、體積小、損耗低、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于國防航天、工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的各個領(lǐng)域。然而，永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型具有多變量、非線性和強耦合的特點，存在諸如電流耦合、參數(shù)攝動和外部擾動等許多不利因素，實現(xiàn)電機(jī)的高性能控制十分困難。為了滿足工程應(yīng)用的需求，迫切需要在永磁同步電機(jī)的控制策略上有所突破，以保證電機(jī)的快速發(fā)展。本文的主要工作和成果有:
　　(1)介紹了研究背景和理論基礎(chǔ)。首先對永磁

2、同步電機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)控制策略和理論基礎(chǔ)進(jìn)行了綜述，著重介紹了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、PI/PID結(jié)構(gòu)控制、反推控制、擾動觀測器控制及優(yōu)化算法在電機(jī)控制系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景。
　　(2)探究永磁同步電機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型及位置控制問題。為了實現(xiàn)電機(jī)模型的近似解耦，本文基于id=0的假設(shè)條件，建立相應(yīng)的位置控制模型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計基于凸優(yōu)化算法的廣義PI位置控制器，確保閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且保證電機(jī)具備良好的位置

3、跟蹤性能。同時引入L1性能優(yōu)化指標(biāo)，分析控制算法的魯棒性。進(jìn)一步，為了克服電機(jī)控制系統(tǒng)中傳感器的安裝成本和空間缺陷等問題，提出了一種降階的龍伯格(Luenberger)觀測器，實現(xiàn)了電機(jī)無傳感器條件下的位置調(diào)節(jié)。
　　(3)探究帶有不確定項的永磁同步電機(jī)模型速度控制問題。針對同時含有參數(shù)攝動和外部擾動的永磁同步電機(jī)速度控制模型，引入線性矩陣不等式(LMI)優(yōu)化算法，同時結(jié)合L1性能優(yōu)化指標(biāo)，設(shè)計廣義PI反饋控制器，解決了參數(shù)不確定

4、情況下永磁同步電機(jī)模型的多目標(biāo)控制問題（包括穩(wěn)定性、速度跟蹤控制及魯棒控制性能）。進(jìn)一步，運用電力電子工具箱搭建了基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真平臺，驗證控制算法的有效性。
　　(4)研究基于干擾觀測器設(shè)計的永磁同步電機(jī)模型速度跟蹤及抗干擾控制問題。針對電機(jī)調(diào)速模型中負(fù)載擾動與控制輸入不在同一通道的難題，通過變量轉(zhuǎn)換，構(gòu)建帶有多源干擾的級聯(lián)速度控制模型。級聯(lián)模型中的干擾可以分為兩類，一類是可由外

5、系統(tǒng)描述的負(fù)載擾動，另一類是包含測量噪聲等范數(shù)有界擾動。在此基礎(chǔ)上，提出一種復(fù)合抗干擾控制策略。通過構(gòu)造負(fù)載擾動觀測器，同時結(jié)合L1優(yōu)化指標(biāo)可以同時實現(xiàn)對第一類擾動的估計和抵消以及對第二類擾動的抑制。進(jìn)一步，基于凸優(yōu)化算法設(shè)計包含速度控制器及干擾觀測值的反饋控制輸入，實現(xiàn)級聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、跟蹤性能及抗干擾性能的多目標(biāo)控制要求。
　　(5)運用Matlab軟件，利用線性矩陣不等式工具箱和Simulink動態(tài)仿真平臺以及其