永磁同步电动机控制系统混沌行为分析及抑制和镇定

论文摘要

永磁同步电动机(PMSM)是迄今唯一可以从模型上证明是混沌系统的电机,其模型与著名的混沌系统——Lorenz方程在一定条件下完全相同,从而给PMSM稳定运行分析提供了一条明确的研究方向。已有的研究探讨了PMSM本体在某些参数及工作条件下的混沌行为,混沌的存在被证明是PMSM运行失稳的重要因素之一。本文将对PMSM本体的混沌研究拓展到对其控制系统混沌行为的研究,从而使对PMSM的研究更切合实际。论文包括两部分内容:一是分析了二类永磁同步电动机控制系统的混沌行为;二是提出和研究了四种永磁同步电动机控制系统混沌抑制方法和镇定系统,此外还初步探讨了同步发电机双机控制系统稳定域问题。论文具有一定创新意义的工作可归纳如下:(1)研究了PMSM延迟反馈电流控制系统全局稳定性问题。发现在不同的延迟反馈增益和延迟时间下,该控制系统将出现混沌、准周期、极限环、稳定运行等状态;研究还发现变时滞反馈电流比常时滞反馈电流更能增大PMSM稳定运行的区域,并分析解释了这一现象的产生机理。(2)探讨了永磁同步电动机v/f控制系统的混沌发生的机理。建立了该控制系统的分析模型,进而利用近似线性化方法得到系统的平衡点,由此通过相图、特征值和Lyapunov指数等指标研究PMSM平衡点的稳定性。研究发现当系统参数取值比较小时,系统处于稳定运行状态;随着系统参数的增大,系统将发生混沌振荡。(3)提出了基于LaSalle不变集定理设计自适应混沌控制器对PMSM控制系统混沌运动进行抑制的方法,它适合于PMSM系统多参数、强耦合以及系统参数存在不确定性运行的情况;此外,基于有限时间稳定理论,设计反馈控制器对PMSM的混沌行为进行抑制,由于该控制器不需要改变受控系统原有的结构,具有设计直接简便、控制代价小、易于工程实现的优点。(4)基于Lyapunov渐近稳定理论设计自适应混沌控制器,对永磁同步电动机v/f控制系统的混沌运动进行镇定。该控制策略不需要使用除系统转速变量以外的任何有关被控系统的信息,不需要改变受控系统原有的装备结构,因此设计直接简洁,且还对随机噪声扰动和系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。(5)利用无源系统固有的稳定特性,将无源控制方法与自适应控制方法相结合对永磁同步电动机v/f控制系统的混沌运动进行镇定。该控制策略不仅行之有效,对参数的不确定性具有较强的鲁棒性,且保证了系统的稳定运行。(6)研究随机噪声对同步发电机双机系统的安全盆的影响。利用随机Melnikov方法研究在均值及均方意义下该双机系统可能出现混沌的临界条件,从而得到系统安全盆侵蚀的判据,为进一步开展永磁同步电机在复杂实际系统中的混沌动力学研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 永磁同步电动机混沌模型
• 1.2.1 均匀气隙PMSM
• 1.2.2 非均匀气隙PMSM
• 1.3 PMSM 混沌行为主要研究进展
• 1.4 混沌控制以及永磁同步电动机混沌控制的研究现状
• 1.4.1 混沌控制研究现状
• 1.4.2 PMSM 混沌控制研究现状
• 1.5 本课题研究的意义与创新性
• 1.6 本文研究内容及结构安排
• 1.7 本课题来源
• 1.8 本章小结
• 第二章 永磁同步电动机时滞反馈电流控制系统混沌行为研究
• 2.1 引言
• 2.2 PMSM 延迟反馈电流控制系统模型
• 2.3 PMSM 延迟反馈电流控制系统混沌行为
• 2.3.1 常时滞（即τ（t ） = const ）的情形
• 0 ）的情形'>2.3.2 变时滞（即τ（t ）= ξsin（ Wt ） + τ₀）的情形
• 2.4 时滞反馈电流作用机理剖析
• 2.5 本章小结
• 第三章 永磁同步电动机v/f 控制系统混沌行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 永磁同步电动机V/F 控制系统数学模型
• 3.3 永磁同步电动机V/F 控制系统混沌行为研究
• 3.3.1 耗散性
• 3.3.2 平衡点
• 3.3.3 PMSM 控制系统在不同平衡点处的稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于Lasalle 不变集定理自适应抑制永磁同步电动机的混沌运动
• 4.1 前言
• 4.2 LASALLE 不变集定理基本概念
• 4.3 基于LASALLE 不变集定理设计自适应混沌控制器
• 4.4 永磁同步电动机混沌运动的自适应抑制及数值仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于有限时间稳定理论抑制永磁同步电动机混沌运动
• 5.1 引言
• 5.2 有限时间稳定基本概念和定理
• 5.3 基于有限时间稳定理论抑制PMSM 的混沌运动
• 5.4 数值仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 永磁同步电动机v/f 控制系统混沌运动的自适应鲁棒镇定
• 6.1 引言
• 6.2 永磁同步电动机V/F 控制混沌模型
• 6.3 非线性系统LYAPUNOV 稳定性理论基本概念
• 6.4 基于LYAPUNOV 稳定性理论镇定永磁同步电动机V/F 控制系统的混沌运动
• 6.4.1 基于Lyapunov 稳定性理论设计非线性系统自适应混沌控制器
• 6.4.2 永磁同步电动机v/f 控制系统混沌运动的自适应镇定分析
• 6.4.3 控制策略鲁棒性分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 基于无源性理论自适应镇定永磁同步电动机v/f 控制系统的混沌运动
• 7.1 引言
• 7.2 无源非线性系统基本概念和无源控制方法
• 7.3 永磁同步电动机V/F 控制系统混沌运动的自适应镇定
• 7.4 本章小节
• 第八章 同步发电机双机系统随机噪声下的安全盆及混沌研究
• 8.1 引言
• 8.2 随机MELNIKOV 方法概述
• 8.3 双发电机互联系统数学模型
• 8.4 随机噪声侵蚀互联双机系统安全盆
• 8.5 特性分析
• 8.6 本章小节
• 结论
• 1 本文所做的主要工作
• 2 对进一步研究的展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件