永磁同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的幾類非線性控制策略研究及其調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).pdf

1、以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)，采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)目前已成為電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)主流發(fā)展方向。永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、時(shí)變被控對(duì)象，控制系統(tǒng)受電機(jī)參數(shù)變化、外部負(fù)載擾動(dòng)、對(duì)象未建模和非線性動(dòng)態(tài)等不確定性的影響，要獲得高性能的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，必須研究先進(jìn)的控制策略以解決這些不確定性的影響。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞如何提高其控制系統(tǒng)的性能、降低成本等問題上，采用了一些先進(jìn)的非線性控制策略進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，取得了較為

2、豐富的成果。然而對(duì)于永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)來說，單一先進(jìn)的非線性方法只能針對(duì)某一類問題有效，不能普遍適用。因此，尋求有效的永磁同步電機(jī)綜合非線性控制方法成為本論文的主要研究?jī)?nèi)容。論文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目資助的《電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)》(課題編號(hào):2006AA04Z183)，對(duì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的速度控制、位置控制問題以及轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)問題進(jìn)行了研究，立足獲得具有適應(yīng)性、可靠性、抗干擾能力和魯棒性較強(qiáng)

3、的高性能永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)。
　　具體工作如下:
　　1、針對(duì)無源控制方法使控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析更加容易的特點(diǎn)，從能量角度分析永磁同步電機(jī)的控制器設(shè)計(jì)，采用互聯(lián)、阻尼配置的無源性控制方法，提出了一種新穎的基于端口受控耗散哈密頓(PCHD)方法的永磁同步電機(jī)無源滑?？刂葡到y(tǒng)，其速度外環(huán)由滑模速度控制器實(shí)現(xiàn)，電流內(nèi)環(huán)由無源控制器實(shí)現(xiàn)，利用一種滑模觀測(cè)器估計(jì)速度。通過仿真驗(yàn)證了策略的有效性。
　　2、為了解決滑模

4、控制存在的抖振問題和在系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上增強(qiáng)魯棒性問題，提出了帶速度估計(jì)的自適應(yīng)模糊滑模軟切換的永磁同步電機(jī)魯棒無源控制方法。該方法利用雙曲正切函數(shù)代替符號(hào)函數(shù)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊滑模軟切換速度控制器，實(shí)現(xiàn)了軟切換連續(xù)控制，削弱了滑模控制存在的抖振現(xiàn)象，通過設(shè)計(jì)魯棒無源電流控制器，在系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了魯棒性，采用自適應(yīng)滑模觀測(cè)器進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)。通過仿真驗(yàn)證了策略的有效性。
　　3、為了對(duì)速度控制系統(tǒng)未知狀態(tài)和不確定干擾

5、項(xiàng)的實(shí)時(shí)作用量進(jìn)行估計(jì)并實(shí)現(xiàn)前饋補(bǔ)償，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗擾能力，提出了兩種新穎的帶有擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)速度控制方法。一種方法是針對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)控制要求整個(gè)系統(tǒng)的攝動(dòng)必須在一定范圍內(nèi)，而且這個(gè)范圍與整體控制效果相互制約的這一問題，提出了帶擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)滑模調(diào)節(jié)的永磁同步電機(jī)自抗擾一無源控制方法，其速度環(huán)采用一種自適應(yīng)滑模控制器，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)系統(tǒng)的干擾，并進(jìn)行前饋補(bǔ)償，電流環(huán)采用了以無源控制為基礎(chǔ)，自抗擾控制技

6、術(shù)為輔的融合控制策略。另一種方法是從基于解耦模型控制策略的逆系統(tǒng)方法對(duì)變化很快的外部擾動(dòng)抑制效果不理想的角度出發(fā)，借助于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了帶擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)逆系統(tǒng)綜合控制器，有效的實(shí)現(xiàn)了電流與轉(zhuǎn)速解耦控制。通過仿真驗(yàn)證了兩種策略的有效性。
　　4、針對(duì)永磁同步電機(jī)位置控制系統(tǒng)追求定位的快速性、準(zhǔn)確性和無超調(diào)的目標(biāo)要求，按照雙環(huán)結(jié)構(gòu)的理念設(shè)計(jì)了三環(huán)位置控制系統(tǒng)，采用一階系統(tǒng)的自抗擾控制策略構(gòu)成位置外環(huán)控制器，采用

7、自適應(yīng)反步法構(gòu)成速度環(huán)、電流環(huán)控制器的三環(huán)系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性，保證了速度控制精度。針對(duì)三環(huán)位置控制系統(tǒng)，通過仿真驗(yàn)證控制策略的有效性。
　　5、針對(duì)全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)問題，提出了一種將脈振高頻電壓信號(hào)注入法和模型參考自適應(yīng)法有機(jī)結(jié)合的新型無速度傳感器的復(fù)合方法，進(jìn)而分別設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)無速度傳感器的SVPWM調(diào)制的id=0矢量控制系統(tǒng)和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)速度切換方案，實(shí)現(xiàn)了速度的平穩(wěn)過渡。此復(fù)合方法解決了單