現(xiàn)代電機結課報告論文-基于擴張狀態(tài)觀測器和有限時間控制的感應電機直接轉矩控制-文庫吧
2025-01-03 23:28 本頁面
【正文】 將擾動估計值,通過前饋補償?shù)姆椒▉硖嵘到y(tǒng)的性能。近年來,已在交流電機控制系統(tǒng)、飛行器姿態(tài)控制、機器人控制,機械加工等領域得到了廣泛的應用。針對感應電機調(diào)速系統(tǒng)存在干擾的問題,本文給出一種基于擴張狀態(tài)觀測器前饋補償和有限時間反饋控制的復合控制方法(FTC+ESO),并將其應用到直接轉矩控制系統(tǒng)中。首先, 采用擴張狀態(tài)觀測器用來估計系統(tǒng)的狀態(tài)和擾動,把系統(tǒng)的不確定項和外界的擾動一起當作系統(tǒng)的總擾動。通過適當選取觀測器參數(shù),系統(tǒng)的集合擾動就可以很好地觀測并進行前饋補償。然而,傳統(tǒng)擴張狀態(tài)觀測器的設計過程都采用了非線性函數(shù),結構比較復雜,給實際應用帶來了一定的困難。為了使用方便且能保留擴張狀態(tài)觀測器的優(yōu)良性能,本文采用了簡化的擴張觀測器。其次,利用連續(xù)有限時間控制技術的上述優(yōu)點,設計了反饋調(diào)節(jié)部分。仿真與實驗結果表明:與傳統(tǒng)的PI控制和P+ESO控制方法相比,基于擴張狀態(tài)觀測器和有限時間控制的感應電機直接轉矩控制系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力。2 感應電機模型及直接轉矩控制感應電機對應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,為轉子磁鏈,為定子電阻, 為轉子電阻,為定子自感,為轉子自感,為互感,為電磁轉矩,為負載轉矩, 為阻尼系數(shù),為轉動慣量，為轉子電角速度。感應電機的電磁轉矩可以用定子與轉子磁鏈的形式進行表示:(6)式中: ,為極對數(shù),為轉矩角。電機運行時,為充分利用電動機的定額,通常保持定子磁鏈的幅值為額定值,轉子磁鏈幅值由負載決定。因此根據(jù)式(6),可通過調(diào)節(jié)轉矩角來改變電機的轉矩,這是感應電機直接轉矩控制的實質(zhì)。感應電機直接轉矩控制采用兩個滯環(huán)控制器,分別比較定子給定磁鏈和實際磁鏈、給定轉矩和實際轉矩的差值,通過查表方式,在逆變器的6個工作電壓矢量和2個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,達到控制電機的目的?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。圖 1 感應電機直接轉矩控制系統(tǒng)框圖3 控制器設計 擴張狀態(tài)觀測器設計由等式(5)可得(7)其中: 為系統(tǒng)的集總擾動, 為電磁轉矩的參考輸入。從式(7)可以看出:負載轉矩、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償后,感應電機調(diào)速系統(tǒng)就可以近似為一階積分型系統(tǒng)。具體擴張狀態(tài)觀測器(ESO)的原理,這里直接給出觀測器的表達式,如下所示:(8)其中:p為ESO的極點,為速度的估計,為系統(tǒng)集總擾動的估計。 復合控制器設計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。控制律的設計目標是使閉環(huán)系統(tǒng)(10)的速度偏差在有限時間內(nèi)收斂到一個很小的區(qū)域。利用有限時間技術和前饋補償, 得到給定轉矩:(11)其中, ?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖2所示。圖 2 基于擴張狀態(tài)觀測器和有限時間反饋控制的感應電機直接轉矩控制系統(tǒng)框圖4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析對于系統(tǒng)(10)在電磁轉矩(11)作用下,得到跟蹤誤差系統(tǒng):
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