矢量控制异步电动机的自适应控制和参数辨识.pdf

《矢量控制异步电动机的自适应控制和参数辨识.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矢量控制异步电动机的自适应控制和参数辨识.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第卷第期年月电机与控制学报矢量控制异步电动机的自适应控制和参数辨识徐小增,华中科技大学自控系,秦忆湖北 武汉以摘要在矢量控制异步电动机数学模型 的基础 上,针对电机转子电阻和负载转矩变化的不确定性,应用非线性控制的理论,设计了一个渐近跟踪负载转矩和转子电阻实际值的非 线性辫 识算法,实现了参数的自动跟踪,并建立了非线性自适应控制的方案。仿真结果表明,辫 识算法具有快捷准确的优点,使系统具有一定的鲁棒性和较好的稳、动态性能

2、。关键词异步电动机自适应控制参数辫识矢量控制中图分类号文献标识码文章编号一一一一一,往,引言异步电动机矢量控制的性能对电机参数的依赖性较大电机 转 子 电阻 随着温度的变化将产生高达士额定值的变化,并且一般电机的负 载 转矩 是变化的和不能准 确 知道,这些因素的变化和影 响将使 电动 机 控 制 的性能变 坏,。本文 在 矢 量控 制异步电动机数学模型 的基础上,针对转子 电阻变化和负载转矩变化的不确定性,应用非线性 控制理论设计了一个渐 近跟踪负载力矩和转子 电阻实际值的非线性辨识算法。数学模型及非线性自适应控制数学模型当以定子电流为输人 量 时,在同步旋转一坐标系下,且保持坐标系 的轴

3、同转子磁场方 向一致时摊,价二少,矢 量控 制异步电动机数 学模型为,沙一二二,、二功。,一会沙一一,票。田,式中凡,、凡,和、气分别为定 子 电 流 和转子 电 流在、轴的 分 量为 转子 电 阻为 定转子间的互感为转子 的 自感价 为 转子磁链,田。为转收稿日期二仪】一一作者简介徐小增一,男在职博士研究生,副教授,从事电气传动和智能控制等方面的研究秦忆妈一,男,教授,博士生导师,从事电气传动、变结构控制和智能控制等方面的研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.ht

4、tp:/电机与控制学报第卷子机械旋转 角速度尸为极 对数。为 电机电磁 转矩兀为负载 转矩为系统转 动惯量为粘 滞摩擦系数由式的前两式得沙,一二一甲二,山 十一兰一卜,冬“由式的后两式得其中,取,诱山。将式代人式得奈一、,、,、,份,、一支一一,一,一卜 会 一二一”一丁“十“,了”区,勿及、,、,月、,了了、了飞了、尸二,一二尸一二一一,十一忍山一一二二“”式中二,为转子 时间常数取 状态矢量伸叽,输人矢量。二,输出矢量 为仲,则式、可表示 为交一汀,勿儿,乡为了镇定 系统,引人线性状态反馈一,一叭。份,。、则式可表示为贵一十、式中一令认式中了一无,一,二。气仰叭。、牙亡,亡一一二尸臼一二一

5、一贯一卜 会“会”卫一”及丁交一一厂尸工,不万一价山一,户儿,户非线性自适应控制当磁链变化时,式为非线性方程,且叽与伙为相互藕合的 为 消除负载转矩变化和转 子电阻变化对系统控制性 能的影 响,采用自适应反馈线性 化的控制方法来辨识负载转矩和转子电阻 实 际值,为此首先将系统方程转化为包含参数估计的状态方程。设参数实际值叮,估计值户二泳,汀,参数估计误差,、关【及一反,双一九,则系统方程可 改 写为,七一舟为设计 能够渐近跟踪 转子电阻 和负载 力 矩的实际值的辨识 系统,取系统的参考模型为气气【价。二气十竹定义参考模型 的跟踪误差为二一中式则将式减去式得石万,又,系“沙一少一。,二了砰,勿人

6、,勿,勿,关,卜卫一一儿,一卜,沙气一一一一,一夸。一李应用李亚普诺夫稳定性定理,取二次型函数为蠕凡十式中、尸为正定对称矩阵,且满足李亚普诺夫方程尸丁一其 中为正定 对称矩阵。对函数求 导得,甲,共一一茹邢。厂户一一一、”一,、了,若取动,她系一“会零一厂甲“附引人非线性状态反馈阎,取输人为,户乱一卜,户人,户尸二一嵘气即可保证 系 统稳定,同时由式可得 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第期矢量控制异步 电动机的 自适应控制和参数辨识尸厂一一八一了一日一

7、一月一一住住一叫从而得到参数的 自适应估计 律 将估计的参数值应用到式,则可得到矢量控制异步电动 机 的 自适应控制输人。计算机仿真计算机数字仿真采用 的异步电动机参数为定子电阻,转子电阻,转子磁链认二,额定 机 械 旋 转 角速 度听二,极对数尸,定 子 电感,转子 电感二,定转子 间的互感几二,系统转动惯量二地耐,粘滞摩擦系数,额定负载转矩二,额定 功率几二,采样周期兀二。参数模型 的参数为的方法应用非线性控制理 论,设计了一 个 随着转子电阻和负载转矩变化而自适应调整参数的自适 应 控制器,通过跟踪参考模型来得 到 电阻等参数的自适应估计律和估计 值,并 使估算 的电阻和转矩迅 速地接近

8、实际值,同时用估计 的电阻值和转矩来实 时修正控制器 的参数和控制 器 的输 出值,使得系 统能较好地 消除电阻等参数变化 引起 的磁场定 向不 准和 响应速度延长等问题,并具有较好的性能。广广、一一一一图参数的估计过程时日。一一价一一簇,簇控制器参数为一一一图负载转矩几的估计过程几厂一一一一一一一一一一一一一一一门。酬遥飞一一飞月刁一刃一厂一一一一仿真时 异步 电动 机 带 负 载 起 动,磁链初值 取,使转速 和 磁链 的变化跟踪参考模型仿真结果如图一所示。由图和 图可见,尽管初始估计参数值不等于真实值,通过自适应的参数估计,估计值 将渐近地 趋于实际值,并且从图和 图可见,系统具有较好

9、的速度和磁链跟踪 响应性能跟踪信号误差很小。图为在转子电阻变化 情况 下,本方法和控制方法 的比较结果。由图可见,本方法在响应速度和超调量方面要大大优于控制。这是因为电机在运行过程 中,当电机转子 电阻和负载转矩发生变化时,电机 的数学模型 的参数相应地 发生了变化,若控制 器 的参数不进 行实 时跟踪 和自适应调整以适应 电机参数的变化,则电阻 的变 化将引起 电机电磁转矩 和转子磁链的变化,在动态过程 中磁链的变 化使理想的瞬态转矩 响应变为 磁链和转矩的共同响应,延 长 了 响应时间,使控制性能变坏。本文一参考值实际值万万图转速响应跟踪曲线,脱汁汁,一一一一参考值值实际值值详一、洛图磁链

10、调节跟踪曲线 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电机与控制学报第卷一一一一一一本文方法法控制方法法,加勺一马日图转速响应比较结论本文针对矢量控制异步 电动 机,设计了转子 电阻和负载转矩参数辨 识 的方法,建立了非线性 自适应控制方案,辨识算法具有快捷准确 的优 点,并实现了良好的系统跟踪 响应和自适应控制。仿真结果 表明,该方法在矢量 控制异步电动机控制 中是有效 的和可行 的参考文献,”“,一】,一,一【陈伯时,陈敏逊交流调速系统时】,北京机械工 业

11、出版社,一谭惊涛 磁场定 向调速系统高性能高效率的控制技 术 研究,武汉 华中理工大学,以挑一阎张涛,蒋静坪交流伺服系统的非线性 控制阴电工技术 学报,印,仪一网周篇,万淑芸,王离九转子电阻变化对矢 量控制的影响田电气自动化,仪”,联一编辑 徐兴华一一一一洲、卜沪、卜、,从减叹侧、刁。洲。叫”目 洲天吠翻洲卜知沉洲。卜尤汽洲卜,功国,加卜加父卜洲拟洲卜,卜加 口。洲卜切卜丈卜,嘴洲 卜加匀,加卜二吠润。加卜卜,峭卜,。,阳沪目月,卜减减冲叼洲少,叹洲 减 洲心上接第页在低速及高速工 况下,由于有转矩滞环 的调节,电机输出转矩在一 定 的 范围内波动,其波 动范围的大小由开关频率确定 在弱磁工况

12、下运行时,由于采用恒功率控制,并以全电压方式运行,转矩以六倍于 电源基波频率波动,这时 的开 关频 率 等于 电源基波 的频率在 圆形磁链向六边形磁链过渡 时,由于转矩调 节器 的作用,并未 出现转矩波动 的情况,完全 实现了各种工 况之 间的平稳过渡。结束语交流 电机 作 为一个 非线性强藕合的复 杂系统,对其控制方法 的研究一直受到广大学 者 关 注,特别是在 电力 牵引这类 大功率调 速 系统中,由于开关频率较低,以何种控制方法来减小谐波、提高功率因数及效率等,仍是现在及今后研究的一个 热点。仿真结果表 明,本文所介绍 的牵引 电机在低 速、高速及 弱磁范围 内的控制方法是合理可行的。二二呀二二二二口二二上动动彻时彻从枷廿和娜吻钟哪吻卿从从甲甲一甲一一丫一一甲一甲八八侧内一力乃以肠图弱磁恒功率下的电流与转矩参考文献【,一,】夕,一【,一【花,一编辑徐兴华姗现。日己