自抗扰控制在感应电机变频调速系统中的应用

论文摘要

矢量控制的成功使感应电机的转矩和磁链解耦,使其可以像直流电机一样分别独立控制,因此应用越来越广泛。但是其对有负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点和交流控制系统本身就具有的非线性、强耦合、多变量等特性,使其应用受到了一定的限制。自抗扰控制器(ADRC)由三部分组成:跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律由三部分组成。它不依赖于系统的精确模型,将模型内扰(模型及参数的摄动)和不可测外扰的作用归结为系统的总扰动,利用误差反馈的方法对其进行实时估计,并给予补偿,具有较强的鲁棒性。本文详细的介绍了ADRC的基本原理,分析了其各个组成部分的算法和功能。借鉴传统的磁链、转速、转矩电流、磁链电流PID控制的经验,对应的将四个1阶的ADRC控制器应用于感应电机转子磁场定向的矢量控制系统之中。并且利用ADRC的扩张状态观测器(ESO),在异步电机电压模型和电流模型的基础上,推导得出了含有扰动补偿的新的磁链ESO模型。该转子磁链观测器,不但能够实时估计系统的扰动,而且能够补偿该扰动,提高了观测精度。利用最新的MATLAB/SIMULINK7.1分别建立了传统的PID控制的转子磁场定向感应电机系统模型和基于磁链ESO模型的ADRC控制器的相应的系统模型,得到了相应的仿真结果,分析此结果,可以得出,采用ADRC的电机控制动、静态性能均优于传统的PID控制的系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状
• 1.2 矢量控制技术
• 1.3 自抗扰控制技术
• 1.3.1 自抗扰控制技术的思想起源
• 1.3.2 自抗扰控制技术在交流调速系统钟的应用
• 1.4 本文的选题和主要工作
• 第2章 感应电机矢量控制理论
• 2.1 矢量控制的基本原理
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 定子绕组轴系的变换（3/2 变换）
• 2.2.2 矢量旋转变换（VR 变换）
• 2.3 感应电机转子磁场定向控制系统
• 2.4 空间矢量脉宽调制技术
• 2.4.1 PWM 技术类型
• 2.4.2 SVPWM 的优点
• 2.4.3 SVPWM 原理
• 2.5 本章小节
• 第3章 自抗扰控制结构和原理
• 3.1 传统PID 控制的缺陷
• 3.2 自抗扰控制器组成
• 3.2.1 跟踪微分器（TD）
• 3.2.2 扩张状态观测器（ESO）
• 3.2.3 非线性状态误差反馈控制率（NLSEF）
• 3.3 自抗扰控制器原理
• 3.4 本章小节
• 第4章 自抗扰控制在感应电机矢量控制中的应用
• 4.1 感应电机自抗扰矢量控制系统建模
• 4.2 转子磁链观测器的ESO 模型
• 4.2.1 电流模型法
• 4.2.2 电压模型法
• 4.2.3 ESO 模型
• 4.3 ADRC 的参数选取和调整
• 4.4 本章小节
• 第5章 感应电机自抗扰矢量控制系统的仿真
• 5.1 SIMULINK 的 S 函数扩展
• 5.2 ESO 的 S 函数实现
• 5.3 控制系统仿真模型的建立
• 5.3.1 传统 PID 控制模型的建立
• 5.3.2 ADRC 模型的建立
• 5.4 仿真结果及其分析
• 5.5 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录