現(xiàn)代電機(jī)結(jié)課報(bào)告論文-基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器和有限時(shí)間控制的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制-文庫吧
2025-01-03 23:28 本頁面
【正文】 將擾動估計(jì)值,通過前饋補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖嵘到y(tǒng)的性能。近年來,已在交流電機(jī)控制系統(tǒng)、飛行器姿態(tài)控制、機(jī)器人控制,機(jī)械加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。針對感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)存在干擾的問題,本文給出一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器前饋補(bǔ)償和有限時(shí)間反饋控制的復(fù)合控制方法(FTC+ESO),并將其應(yīng)用到直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中。首先, 采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器用來估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)和擾動,把系統(tǒng)的不確定項(xiàng)和外界的擾動一起當(dāng)作系統(tǒng)的總擾動。通過適當(dāng)選取觀測器參數(shù),系統(tǒng)的集合擾動就可以很好地觀測并進(jìn)行前饋補(bǔ)償。然而,傳統(tǒng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)過程都采用了非線性函數(shù),結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,給實(shí)際應(yīng)用帶來了一定的困難。為了使用方便且能保留擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的優(yōu)良性能,本文采用了簡化的擴(kuò)張觀測器。其次,利用連續(xù)有限時(shí)間控制技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了反饋調(diào)節(jié)部分。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與傳統(tǒng)的PI控制和P+ESO控制方法相比,基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器和有限時(shí)間控制的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力。2 感應(yīng)電機(jī)模型及直接轉(zhuǎn)矩控制感應(yīng)電機(jī)對應(yīng)的電氣模型方程如下:(1)(2)(3)(4)(5)式中: 為定子電壓,為定子電流,為定子磁鏈,為轉(zhuǎn)子磁鏈,為定子電阻, 為轉(zhuǎn)子電阻,為定子自感,為轉(zhuǎn)子自感,為互感,為電磁轉(zhuǎn)矩,為負(fù)載轉(zhuǎn)矩, 為阻尼系數(shù),為轉(zhuǎn)動慣量，為轉(zhuǎn)子電角速度。感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以用定子與轉(zhuǎn)子磁鏈的形式進(jìn)行表示:(6)式中: ,為極對數(shù),為轉(zhuǎn)矩角。電機(jī)運(yùn)行時(shí),為充分利用電動機(jī)的定額,通常保持定子磁鏈的幅值為額定值,轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。因此根據(jù)式(6),可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩角來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,這是感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)質(zhì)。感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩個(gè)滯環(huán)控制器,分別比較定子給定磁鏈和實(shí)際磁鏈、給定轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的差值,通過查表方式,在逆變器的6個(gè)工作電壓矢量和2個(gè)零矢量中選擇合適的電壓矢量,產(chǎn)生PWM信號來驅(qū)動逆變器,達(dá)到控制電機(jī)的目的?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。圖 1 感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖3 控制器設(shè)計(jì) 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)由等式(5)可得(7)其中: 為系統(tǒng)的集總擾動, 為電磁轉(zhuǎn)矩的參考輸入。從式(7)可以看出:負(fù)載轉(zhuǎn)矩、慣量的擾動、摩擦阻尼以及由于誤差所造成的擾動都可以在中反映出來。把擾動觀測出來并加以補(bǔ)償后,感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就可以近似為一階積分型系統(tǒng)。具體擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)的原理,這里直接給出觀測器的表達(dá)式,如下所示:(8)其中:p為ESO的極點(diǎn),為速度的估計(jì),為系統(tǒng)集總擾動的估計(jì)。 復(fù)合控制器設(shè)計(jì)定義給定速度和反饋速度之間的誤差狀態(tài)(9)由式(5)可得速度誤差系統(tǒng)的狀態(tài)方程(10)其中?？刂坡傻脑O(shè)計(jì)目標(biāo)是使閉環(huán)系統(tǒng)(10)的速度偏差在有限時(shí)間內(nèi)收斂到一個(gè)很小的區(qū)域。利用有限時(shí)間技術(shù)和前饋補(bǔ)償, 得到給定轉(zhuǎn)矩:(11)其中, ?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖2所示。圖 2 基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器和有限時(shí)間反饋控制的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析對于系統(tǒng)(10)在電磁轉(zhuǎn)矩(11)作用下,得到跟蹤誤差系統(tǒng):
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