异步电动机的PCH控制与L2增益扰动抑制技术

论文摘要

异步电动机具有结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便等优点,并且随着电力电子技术的发展和控制技术的发展,使其逐渐替代直流电动机,成为当前工业场合主要的动力设备。异步电动机是一个高阶的、强耦合、参数不确定的非线性系统,传统的矢量控制方法从异步电动机的动态模型出发,均能实现优良的静、动态性能。但是该方法也存在着不足,易受电动机转子参数的影响。针对异步电动机非线性的特点,一些专家学者将智能控制、反馈线性化、反步法、无源性控制等诸多非线性方法应用到电动机调速中,并且已经取得了丰富的理论和实验成果。近几年,基于能量成形的端口受控哈密顿系统控制引起了诸多电机控制学者的关注。本文给出了异步电动机能量成形控制方法和扰动抑制方法第一,介绍了异步电动机传动系统的国内外研究现状和发展趋势,包括传动系统驱动电路和控制策略的发展趋势。第二,阐述了本文所用到的能量成形和PCH控制的理论基础(无源性、耗散性等),给出了端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)的能量成形控制方法和分析系统稳定性的方法；并且介绍了L2增益扰动抑制技术的工作原理。第三,介绍了异步电动机的三相原始数学模型、坐标变换原理,并分别介绍了两相静止和旋转坐标系下的异步电动机数学模型；在dq坐标系上,建立了异步电动机速度控制PCHD模型。在系统不存在扰动时,利用基于状态误差PCH控制方法求取的控制器；异步电动机存在外部负载或内部参数扰动时,利用PCHD系统的L2增益扰动控制原理,求取了扰动抑制器；为了彻底消除稳态误差,引入了PI控制作用,并且分别分析了平衡点的稳定性。第四,给出了异步电动机传动系统主电路结构,并且讨论了传动系统的SVPWM实现过程。并在Matlab/Simulink环境下,对各控制器进行了仿真验证,仿真结果表明系统的动、静态性能优越。并且把异步电动机的PCHD控制方法和传统矢量控制方法进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 异步电动机传动系统驱动电路
• 1.2.2 异步电动机传动系统控制策略
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 第二章 哈密顿系统的无源性控制方法和L.增益抑制技术
• 2.1 系统的无源性
• 2.1.1 无源性的基本概念
• 2.1.2 无源性与反馈互联
• 2.1.3 无源性与能量成形
• 2.2 系统的耗散性
• 2.3 端口受控耗散哈密顿系统
• 2.3.1 欧拉-拉格朗日方程及哈密顿方程
• 2.3.2 端口受控耗散哈密顿（PCHD）系统
• 2.3.3 基于能量成形控制端口受控耗散哈密顿系统
• 2增益抑制技术'>2.4 L₂增益抑制技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 异步电动机的端口受控哈密顿模型
• 3.1 异步电动机的三相原始数学模型
• 3.2 坐标变换
• 3.2.1 坐标变换的约束条件
• 3.2.2 三相静止/两相静止变换（3/2变换）
• 3.2.3 两相静止/两相旋转变换（2S/2R变换）
• 3.3 异步电动机两相坐标系上的数学模型
• 3.3.1 异步电动机在静止两相坐标系上的数学模型
• 3.3.2 异步电动机在同步旋转坐标系上的数学模型
• 3.4 异步电动机PCHD模型
• 3.5 本章小结
• 2扰动抑制'>第四章 异步电动机传动系统PCH控制和L₂扰动抑制
• 4.1 基于状态误差PCH模型的能量成形控制方法
• 4.1.1 状态误差PCH控制原理
• 4.1.2 确定系统期望平衡点（轨迹）
• 4.2 系统无扰动时控制器设计
• 4.2.1 控制器求取
• 4.2.2 转子磁链观测器的设计
• 4.2.3 平衡点稳定性分析
• 2扰动抑制'>4.3 异步电动机PCH系统的L₂扰动抑制
• 2增益扰动抑制原理'>4.3.1 PCH系统的L₂增益扰动抑制原理
• 4.3.2 负载转矩存在扰动时控制器设计
• 4.3.3 电机参数不确定时控制器设计
• 4.3.4 平衡点稳定性分析
• 4.4 PI控制方法的引入
• 4.4.1 控制器求取
• 4.4.2 平衡点稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 2扰动抑制的仿真研究及结果分析'>第五章 异步电动机传动系统PCH控制和L₂扰动抑制的仿真研究及结果分析
• 5.1 异步电动机系统主电路（逆变器）仿真实现
• 5.2 异步电动机传动系统的SVPWM技术实现
• 5.3 异步电动机传动系统的总体仿真模型
• 5.4 异步电动机传动系统的SVPWM仿真结果
• 5.4.1 异步电动机传动系统状态误差PCH控制仿真结果
• 2扰动抑制仿真结果'>5.4.2 基于PCH控制和L₂扰动抑制仿真结果
• 5.4.3 PI控制引入仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 异步电动机PCH控制与矢量控制的比较
• 6.1 异步电动机的PCH控制方法和矢量控制方法的比较
• 6.1.1 异步电动机的哈密顿控制
• 6.1.2 异步电动机的矢量控制
• 6.2 异步电动机传动系统矢量控制仿真结果及分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢