感應電機交流調速魯棒控制若干方法研究.pdf

1、論文以高性能感應電機調速系統(tǒng)為研究對象，針對感應電機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，在轉子磁鏈觀測、電機調速閉環(huán)控制器設計等方面，進行了深入的理論分析和計算機仿真研究。 本文研究具有參數(shù)不確定性和外部擾動的一類系統(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)空間實現(xiàn)的線性矩陣不等式(LMI)之間的等價性，獲得系統(tǒng)的魯棒性能。然后，基于魯棒加權函數(shù)

2、法所設計的控制器，實現(xiàn)了對輸入?yún)⒖夹盘柕挠行Ц櫜⒛苡行б种仆饨绺蓴_。最后，提出了一種同時考慮分段及參數(shù)變化率的LMI設計方法，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)定性和對干擾的抑制作用，驗證了設計方案的有效性。 針對轉子轉速大范圍變化下，特別在低速運行時，定子的電阻變化影響下，如何獲得精確的轉子磁鏈問題，論文采用線性變參數(shù)多胞輸出反饋控制器設計理論，提出了一

3、種新的轉子磁鏈觀測方法。該方法引入了多胞技術，設計了含極點配置的隨變參數(shù)自調整的輸出反饋控制器；同時，將感應電動機作為線性變參數(shù)系統(tǒng)，轉子轉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，設計出了系統(tǒng)控制器，即轉子磁鏈觀測器，它具有魯棒穩(wěn)定性能和良好動態(tài)特性。實驗及仿真驗證了所設計觀測器的有效性，觀測器的性能有了很大的提高。 基于無源性控制理論，證明了感應電機轉子磁鏈子系統(tǒng)的無源性，找到系統(tǒng)能量耗散特性

4、方程中的“無功力”，表明它不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得出無需轉子磁鏈觀測反饋即能穩(wěn)定跟蹤轉子磁鏈的參考值的控制系統(tǒng)設計方法，它是一種間接磁場定向控制方法；同時考慮電機轉子電阻在運行中發(fā)生未知變化，設計了相應自適應調節(jié)器使系統(tǒng)對轉子電阻呈現(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問題。仿真驗證了轉矩、轉子磁鏈及轉速的漸近跟蹤性能。 基于耗散性與穩(wěn)定性之間的等價關系和投影原理，提出了具有L，增益的非線性自適應魯棒器

5、并應用于感應電機控制。針對感應電機轉子電阻與負載轉矩的不確定性，在設計控制器時，引入了與不確定性參數(shù)相對應的可調參數(shù)，利用投影定理設計了自適應控制律，在線修正參數(shù)值，該自適應控制器設計方案保證了感應電機系統(tǒng)的無源性；同時耗散性分析中采用了L<,2>增益算法，使系統(tǒng)不但對不確定項具有魯棒性，而且對外部干擾具有抑制作用，從而保證了整個閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)品質。數(shù)值仿真驗證了設計方法的正確性。針對感應電機復雜耦合非線性模型，提出了一種應用二次型最優(yōu)

6、控制理論設計跟隨調節(jié)器的控制方法。首先比較了3種轉子磁場定向線性解耦控制方法各自的特點，提出了一種將電機數(shù)學模型中轉子磁鏈幅值與轉子角速度完全線性化解耦的方法；再按照線性系統(tǒng)理論對磁鏈幅值Ф與轉子角速度ω的兩個線性的一階微分方程求解：最后，應用二次型最優(yōu)控制理論設計跟隨調節(jié)器。該方法解決了矢量控制非線性耦合問題，設計的控制律沒有奇異點問題，算法簡單易于理解。計算機仿真驗證了系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。 針對含有不確定項的非線性系統(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用到感應電機控制中。針對轉子磁場定向的感應電機控制中，轉子電阻具有時變性且難以測量，它的不確定性會影響到電機的動態(tài)性能，該方法將感應電機的數(shù)學模型分解為標稱子系統(tǒng)和不確定子系統(tǒng)，通過設計非線性反饋補償控制律，可以實現(xiàn)預期的控制目標，從而有效地克服了不確定項的測量和影響問題。仿真結果表明，論文所提出的方法是可行性的，能夠保證即使在轉子電阻偏離其標稱值時，轉子磁鏈和轉