無刷雙饋電機(jī)建模與解耦控制策略研究.pdf

1、無刷雙饋電機(jī)(Brushless Doubly-Fed Machine，BDFM)取消了雙饋電機(jī)中的滑環(huán)和電刷，提高了系統(tǒng)可靠性，使維護(hù)成本大大降低，且保留了雙饋電機(jī)變頻器容量小，功率因數(shù)可調(diào)等特點(diǎn)，在水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電、車載和船載軸帶發(fā)電、新能源汽車動(dòng)力耦合裝置等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，無刷雙饋電機(jī)具有非線性強(qiáng)耦合的特性，其模型復(fù)雜且控制具有很大難度，因此，對(duì)無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。本文重點(diǎn)研究無刷雙饋電機(jī)建

2、模方法和解耦控制策略，主要內(nèi)容如下：
　　首先，介紹無刷雙饋電機(jī)的發(fā)展歷史和應(yīng)用前景，概括國(guó)內(nèi)外在其結(jié)構(gòu)和控制策略方面的研究現(xiàn)狀，分析該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)行原理。
　　接著，從無刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)特性和工作原理出發(fā)，建立無刷雙饋電機(jī)在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并通過旋轉(zhuǎn)變換將該方程推廣到任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，這些模型采用復(fù)數(shù)表達(dá)形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，為系統(tǒng)性能分析和控制方法研究提供更簡(jiǎn)單的途徑。之后，鑒于實(shí)際中控制電機(jī)通常帶有快速響應(yīng)的

3、電流環(huán)，可以視為電流源供電，通過合理地選擇狀態(tài)變量，建立無刷雙饋電機(jī)在任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的以控制電機(jī)定子電流為輸入量的狀態(tài)空間方程，該狀態(tài)空間方程具有仿射非線性結(jié)構(gòu)。
　　然后，針對(duì)無刷雙饋電機(jī)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，提出反饋線性化解耦控制策略。通過控制電機(jī)磁場(chǎng)定向得到同步坐標(biāo)系下的仿射非線性狀態(tài)空間模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與控制電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦控制，分析推導(dǎo)反饋線性化實(shí)現(xiàn)的必要條件，并且給出反饋線性化

4、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性證明。通過一系列的仿真研究證明：該控制策略具有優(yōu)秀的解耦性能和調(diào)節(jié)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦控制，且對(duì)參數(shù)偏差具有魯棒性。
　　最后，針對(duì)無刷雙饋電機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的非線性耦合關(guān)系和外部擾動(dòng)在實(shí)際中難于測(cè)量的特點(diǎn)，提出自抗擾控制策略，該控制策略不依賴系統(tǒng)的模型和參數(shù)。分別針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)磁鏈設(shè)計(jì)自抗擾控制器，并且針對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器參數(shù)設(shè)計(jì)難度大這一問題，提出兩種提高觀測(cè)性能且不增加參數(shù)設(shè)計(jì)工作量的改進(jìn)方法。一系