风机类负载下的永磁同步电动机速度反推控制.docx

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1、风机类负载下的永磁同步电动机速度反推控制lvjing导语：针对风机负载的特点，提出一种基于非线性控制策略的反推控制，实现了速度闭环控制。摘要：针对风机负载的特点，提出一种基于非线性控制策略的反推控制，实现了速度闭环控制。设计的反推控制可以实现永磁同步电动机速度跟踪控制。保证系统具有良好速度跟踪性能。而且进步了风机类负载的效率。关键词：风机负载；反推式控制；速度跟踪；永磁同步电动机Abstracl：Thisstudybringsforwardbacksteppingcontrolbasedonnonlinearcontrolstrategyasapossiblewaytoimplementclo

2、sebopspeed-controlbasedonthecharacteristicoffansload.ThenewlydesignedbacksteppingcontrolisimplementedforPennanentMagnetSynchronousMotorPMSMtotrackspeedcommands.Thedesigncanprovidebetterspeedtrackingperformanceandimprovetheefficiencyoffansload.Keywords：fansload；backsteppingcontrol；speedtracking；PMSM当

3、恒速电动机驱动风机、水泵等流体负载需要控制流量的机械时,传统的做法是用档板或者阀门等节流装置来调节流量,这种方法把大量的能量消耗在节流装置及管道的磨擦发热上,系统效率很低。如今大多采用异步电动机变频调速来控制,节省能量,有比拟好的调速性能,但价格比拟贵,而且多采用开环控制,没有形成速度闭环控制。因此,在一些负压要求准确的实验场合,变频调速达不到要求。永磁同步电动机PMSM具有构造紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等。因此,永磁同步电机有很大的优越性。本文提出一种新的非线性反推式Backstepping控制策略,它是基于李亚普诺夫Lyapunov函数,使系统全局渐近稳定为设计原那么,不但

4、可以实现永磁同步电动机系统的完全解耦,而且对风机类负载有很好的控制效果。2永磁同步电动机及风机类负载模型采用外表式的永磁同步电动机，基于同步旋转转子坐标的d-q模型如下其中：usubd/sub、usubq/sub为d、q轴定子电压；isubd/sub、isubq/sub为d、q轴定子电流；R为定子电阻；L为定子电感；TsubL/sub为负载转矩；J为转动惯量；B为粘滞摩擦系数；P为极对数；为转子机械角速度；为永磁磁通。对于风机类负载，负载与转速的平方成正比其中，Ksubm/sub为常数。3系统控制的设计3.1Backsteping控制设计步骤Backstepping作为一种有效的非线性控制设计

5、方法，其设计步骤为：1选取系统的一个状态，构成子系统，构造子系统的Lyapunov函数，设计假定控制函数，使子系统稳定：2基于1的假定控制，设计误差变量，由误差变量和前面的子系统组成新的子系统，构造新的子系统的Lyapunov函数，再设计假定控制，使新的子系统稳定：3假如还没有得到系统的实际控制，那么返回1继续设计，假如得到系统的实际控制，那么向下设计：4设计系统的实际控制，保证整个系统稳定。通过以上的步骤可以看出，Backstepping的最大优点是最终得到的控制肯定可以保证整个系统的全局稳定。3.2Backstepping控制实现对于风机类负载，风量与电机转速成正比，负载与转速的平方成正比

6、，因此控制风量即控制电机的转速。其控制目的主要是速度跟踪，定义跟踪误差为选择e为新的状态变量，构成子系统，系统方程为为使速度跟踪误差趋于零，对于子系统6，构造如下Lyapunov函数因此实现控制式10，即可到达速度全局渐近跟踪的目的。为了实现永磁同步电动机的完全解耦和速度跟踪，可以选择如下假定电流函数为了实现电流跟踪，选择q轴电流跟踪误差为新的状态变量由e、esubq/sub可以组成新的系统。对式14求导数，可得式17中包含了系统的实际控制uq为使式16恒知足Vsub2/sub4系统仿真分析风机类负载下永磁同步电动机系统的Backstepping控制构造框图如图1所示。永磁同步电动机的参数如表

7、1所示。align=center图1系统控制框图Fig1Diagramofsystemcontrol/alignalign=center表1永磁同步电动饥参数TablParametersofPMSM/align其中，风机类负载常数由实际情况设为Ksubm/sub=510sup-6/sup，假定速度的参考速度为500r/min，即保持风量恒定。Backstepping控制的参数为k=30，ksub1/sub=100，ksub2/sub=450Backstepping的仿真结果见图2。由仿真结果可以看出，系统的Backstepping控制可以使系统到达快速跟踪，同时保证系统有良好的动态性能。5结论

8、本文把Backstepping控制策略应用于风机类负载的风压恒定控制中，这种设计是通过Lyapunov函数来保证系统的全局渐近稳定，它只用调节k、ksub1/sub、ksub2/sub三个参数，简化了设计方法，为风机类负载控制提出了一种新的控制策略。从MATLAB仿真可以得出，它能很好地跟踪给定，使风机类负载有很好的稳定性能。另外，它与传统的控制方法相比，节省了能量，进步了效率。参考文献：1PillayP，KrishnanR.ModelingofpemanentmagnetmototdrivesJ.IEEETransonIndustrialElectronIcs，1988.354：537-54

9、12RahmanMA，VilathgamuwwaM，UddinMN，etal.Nonlinearcontrolofinteriorpemanent-magnetsynchronousmotorJIEEETransonIndustrialApplication，2003，392：4084163KokotovicP.Thejoyoffeedback：nonlinearandadaptiveJ.IEEEControlSystemMagzine，1992，123：7-174王开厦WangKaixia风机与泵的变频调速及应用Variablefrquencyspeedoffansandpumpwithit

10、sapplicationJ机床电器MachineElectricity，2001.281：46-485刘广彬，刘萍LiuGuangbin，LiuPing变频调速器在锅炉引风机控制系统中的应用ApplicatbnoffrequencyconverterinbotierfancontrolsystemJ电气传动ElectricDrive，2001，311：63-646彭伟发，赵金，杨璐，等Pengweifa，ZhaoJin，YangLu，etal.沟通伺服系统新型控制器的设计AnewcontrollerforservosystemJ.电力系统及其自动化学报ProceedingsoftheCSU-EPSA，2002，143：63-66作者简介：刘栋良1977-，男，博士研究生，主要从事非线性控制和电机伺服系统的应用研究。Email：ldl6848163Net赵光宙1946-，男，博士生导师，主要从事非线性控制、混沌控制的研究。Email：zhaoGZZju.edu0