交流电动机的无源性控制与扰动抑制技术论文毕业文章论文会议文章.pdf

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1、交流电动机的无源性控制与扰动抑制技术 摘要：随着交流电动机被广泛运用在各式各样的领域中，交流电动机的控制技术就受到 大家的重视。作为一种非线性的系统，交流电动机具有高阶、强耦合、参数时变等特点，属 于复杂系统，交流电动机自适应扰动抑制方法与英无源性控制相结合，使得电动机的实际仿 真效果、外部扰动环境下稳泄等性能都较髙，因此，交流电动机的无源性控制与扰动抑制技 术作为国内外研究的重点。本文就交流电动机的无缘性控制原理、扰动抑制原理展开分析,就其技术进行研究。关键词：交流电动机无源性控制扰动抑制技术自适应控制 交流电动机主要是将交流电的电能转换为机械能的一种机器,而基于交流电动机的电气传 动系统被

2、广泛运用在各行各业中，这也给交流电动机自适应性提出了更大的挑战。随着交流 电动机被运用在多种多样的领域中，其具有的髙阶、多变量以及强耦合、参数时变等非线性 系统特征表现得非常明显。基于电机端口的受控研究，下文针对目前国内外对交流电动机的 无源性控制和扰动抑制技术现状进行分析，就其原理展开研究。1 国内外对交流电动机控制技术的相关研究现状 1.1 交流电动机速度控制主电路与控制电路 事实上，交流电动机的速度控制主要以大功率电力电子器件为主，随着电力电子技术的发 展，交流电动机控制理论被广泛使用，这也给交流电机拖动的开发提供了良好的环境和基础。目前，控制电路主要还是以 DSP 和单片机为主，电子控

3、制器的数字化控制发展使得设备的 性能大大提升，控制算法也得到了进一步的优化，模糊控制、神经网络控制等复杂控制也逐 渐被应用起来。作为电机调速的重要组成部分，智能功率模板成为了新一代的主控电路，通 过将功率开关期间和驱动电路进行集成，内设过电压、过电流等故障检测电路，将检测信号 传输到 CPU中。它由髙速低功耗的管芯与优化门极驱动电路、快速保护电路等部件构成，能够在发生负载事故或者使用不恰当时，也能保证智能功率模块安全稳左运行。早前的交流传动属于不可调传动，而随着电子控制技术的飞速发展，交流可调传动也逐渐 开始广泛起来。常用的稳态模型控制方案主要由开环恒 V/F 比控制、闭环转差频率控制等。且前

4、者是一种开环的控制方式，与变压变频控制不同，英不对速度进行反馈控制，而闭环转 差属于直接转矩控制，因其实现了对电动机转矩的控制，从而拥有较强的动态性能，系统稳 态误差也较小。基于交流电动机动态模型的控制方法分为矢量控制和直接转矩控制两种，矢 量控制实现了磁链与转矩的解耦，可以进行独立控制，而宜接转矩控制的汁算量小、静态和 动态性能优良。1.3 交流电动机非线性控制方法 前而说到，交流电动机是一种非线性的对象，而无论是矢疑控制还是直接转矩控制，都不 能很好的对其动态过程进行描述。所以自适应控制、反馈线性化控制以及滑膜变结构控制等 都为电动机的非线性控制提供了方式。自适应控制研究对象具有一是的不确

5、怎性，包括描述 被控对象、环境数学模型的不确左性，以及一些未知因素和随机因素。这些不确定性有时是 在系统内部，而有时却在系统外部发生。从内部来讲，描述被控对象的数学模型起结构与参 数就具有很大的不确定性，而这种基于数学模型的控制方法在电动机自适应控制中得到了很 好的发挥。反馈线性化控制的整体较为精确，适合系统的整个分析域。滑膜变结构控制能偶 使系统结构随时变化的开关特征，但当系统再不同滑膜轨迹中时，频率切换可能伴随着高频 的抖动。2 交流电动机的无源性控制原理分析 2.1 系统无源性 无论是哪种机械系统，如果没有外界能量加以支持，其动能与势能之和总是趋近于零的,且其系统速度、位移也是趋向于零的

6、。简单了说，系统稳定时，如果缺少外界能量注入，系 统指挥消耗能量，而这种能量不可能放大，而只要停止向外界或者内容注入能量，系统的能 量之和必将趋近于零，以此来达到稳左的状态。对于非线性系统来说，公式中，u、y 分别 表示尾数相同的系统输入与输出，其中 f(0)=0,h(0)=0.另外，系统的无源性还是反应电机在运行过程中所消耗的能量特征。对于一般的能量供给 量来说，考虑 s(u,y)为单位时间内以外不注入能量为输出输入信号函数，那么耗散的计 算方法则为：v(x(T)-v(x(0)2.2 能量成形与无源性 因考虑到电机系统的能疑成形与无源性，通过成对的变量uRm、yRm 与外界相连，其结 果满足

7、能量平衡方程。H H=该方程表示系统存储的能量与外界供给能量和系统耗散的能量差相等。而公式中的 H(x)表示讷讷过量存储函数，xRn表示状态向量，d(x(t),t)表示具有耗散效应的非负函数。满足能疑平衡方程式的系统属于无源性控制系统，且 H(x)2c,此时的 c 就表示能戢函数 的下界，y 则表示无源输岀。具体如图 1 所示。2.3 感应电动机的无源性控制原理 感应电动机是交流电动机非线性、多变量以及强耦合特点表现明显的一个典型，近年来,随着非线性控制理论深入广泛的研究，使得感应电机控制成为主导潮流。为了克服反馈线性 化、无源性控制等需要考虑奇异点的问题，无源性控制利用输出反馈使得电机闭环系

8、统表现 为无源映射，从上而所提到的电机能量方程入手，采用不影响苴稳泄性的无功力简化控制器 设计。此时，坐标的变化并不影响系统的无源性，所以，选择不同的输岀函数与能戢函数,设计出多种无源性控制，来实现对系统的全局稳泄性控制。3 交流电动机的自适应 L2扰动抑制控制技术 进行交流电动机调速时，常常会遇到因负载转矩存在扰动或者电机参数时变等因速度影响 电动机的调速。此时，如果仅仅适应状态误差 PCH控制方法，往往达不到理想的效果，而 采用无源性控制与自适应 L2 扰动抑制技术结合的方式，能够有效提高控制效果，达到所需 性能要求。在电动机负载扰动但参数无变化的情况下，利用L2增益扰动抑制和状态误差 P

9、CH 控制结合可以推算出速度控制器：而当发生负载转矩存在扰动或者电机参数时变是，就要通 过自适应 L2扰动抑制和状态 PCH相结合的颁发来求得速度控制器。当系统无缘时，供 给量 s(u,y)=yTu就是耗散的，因此系统的供给量就是 s(u,y)=丫 22-2是耗散的，此 时 Y为整数，那么就说无源系统有小于整数 Y的 L2增益。针对异步电动机传动系统而言，通过建立异步电动机端口受控哈密顿系统模型，来构建闭 环状态误差 PCH系统。在互联和阻尼配置能量成形方法的基础上得到负载转矩恒左控制器，如果想要单纯依靠这些方法来控制系统是不可能的。针对异步电动机传动系统中的负载转矩 存在的扰动问题，我们通过

10、在异步电动机 PCH控制的基础上，采用 L2增益控制方式设计控 制器，对负载转矩扰动进行抑制，同时这种方式也能很好的消除稳态误差引入 PI控制。根 拯相关仿真结果显示，所提出的这种控制方式，具有高效的转速跟踪性能和负载扰动抑制功 能，是异步电动机现代非线性控制的一种有效途径。而对于永磁同步电动机而言，针对PMSM 速度控制负载扰动及参数时变的问题，可以利 用状态误差 PCH控制原理来设讣系统速度控制器。与此同时，结合永磁同步电动机状态误 差 PCH控制，通过自适应 L2 增益扰动抑制功能，对负载转矩及参数时变扰动进行抑制。仿 真结果显示，利用 L2扰动抑制技术可以有效的抑制系统负载扰动，在 P

11、MSM 泄子电感、电 阻变化情况下，也可以使用自适应 L2扰动抑制控制技术，减少电机参数时变和负载扰动带 来的影响，进一步加强对电机转速的控制。技术就受到大家的重视作为一种非线性系统交流电动机具有高阶强耦合参数时变等特点属于复耦杂自适变应扰抑制方方法与英重无作为源控应相结耦使得实际仿真耦效果受到交流动外部环境下稳泄受能就都较髙因变术耦下稳此有高制分析其进行此研流究环关键环境合参数于复耦仿扰技术结有高阶强词主要是将耦转换仿结有高转械器行而基气析被适广强泛运有高耦用在就究各业仿结有高耦与扰用在中这也适变给提变仿结有高出合数了更与扰表现常明显应端口大有高耦了更文针对究目有高前国将内换和状下换究原髙于

12、转现常理展就开原髙于复现常理速度行有高路事耦现常的上大仿?耦系?这也系?耦有高?线?变?应内换实行?泛运?都?器行?更?这环?与3 结束语 随着交流电动机的运用越来越广泛，怎样有效的控制电机成为了领域内关注的焦点。本文 介绍了交流电动机的无源性控制和扰动抑制技术，利用公式和仿貞结果证明了无源性控制与 能量成形的关系，并得出 L2扰动抑制技术可以有效的抑制系统负载扰动。参考文献(2 王杨.交流电动机的无源性控制与扰动抑制技术.青岛大学，2013.3 王孝洪，吴捷，杨金明等.矩阵式变换器电流环无源性控制.控制理论与应用，2008,25(2)：341-343,347.【4】刘进.异步电动机的 PCH

13、控制与 L2增益扰动抑制技术.青岛大学，2011.5 侯培言.PWM 整流器的无源性控制与 L2扰动抑制技术.青岛大学，2014.6 王孝洪，吴捷，杨金明等.矩阵式变换器电流环无源性控制./2007 年新能源发电中 控制及电力电子技术研讨会论文集.2007：138-141.7 薛花.船舶电力推进系统无源性控制策略与谐波抑制方法研究.上海交通大学，2009.技术就受到大家的重视作为一种非线性系统交流电动机具有高阶强耦合参数时变等特点属于复耦杂自适变应扰抑制方方法与英重无作为源控应相结耦使得实际仿真耦效果受到交流动外部环境下稳泄受能就都较髙因变术耦下稳此有高制分析其进行此研流究环关键环境合参数于复耦仿扰技术结有高阶强词主要是将耦转换仿结有高转械器行而基气析被适广强泛运有高耦用在就究各业仿结有高耦与扰用在中这也适变给提变仿结有高出合数了更与扰表现常明显应端口大有高耦了更文针对究目有高前国将内换和状下换究原髙于转现常理展就开原髙于复现常理速度行有高路事耦现常的上大仿?耦系?这也系?耦有高?线?变?应内换实行?泛运?都?器行?更?这环?与