無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)高階滑?？刂品椒ǖ难芯?pdf

1、隨著電力電子技術(shù)和自動控制理論的不斷發(fā)展,感應(yīng)電機(jī)在伺服領(lǐng)域中逐漸得到了應(yīng)用。感應(yīng)電機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于維護(hù)以及成本低廉等特點(diǎn),使其在伺服控制領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭力。但由于感應(yīng)電機(jī)是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),且轉(zhuǎn)子磁鏈難以獲取,同時其控制系統(tǒng)中存在著諸如參數(shù)攝動和負(fù)載轉(zhuǎn)矩擾動等不確定性,這些因素導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)高性能控制難度較大。因此,研究感應(yīng)電機(jī)的控制策略及相關(guān)技術(shù),不僅具有重要的理論意義,而且具有很高的實(shí)際應(yīng)用價值。論

2、文以基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為研究對象,對感應(yīng)電機(jī)的磁鏈觀測技術(shù)、無速度傳感器技術(shù)、再生能量回饋系統(tǒng)控制策略以及感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略進(jìn)行了深入的理論研究。
　　為了能夠準(zhǔn)確觀測感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈,為實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制提供必要條件,本文提出了一種基于非奇異終端滑模和高階滑模的閉環(huán)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器。首先,分析了感應(yīng)電機(jī)的可觀測性,為轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的設(shè)計提供理論依據(jù)。然后,結(jié)合非奇異終端滑模和高階滑模,設(shè)計了高階非奇異終

3、端滑模轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器;通過設(shè)計非奇異終端滑模面,提高了滑模觀測器的響應(yīng)速度;通過設(shè)計高階滑?？刂坡?消除了常規(guī)滑模觀測器的抖振現(xiàn)象,從而省去了低通濾波環(huán)節(jié),避免了常規(guī)滑模觀測器由于外加低通濾波器而導(dǎo)致磁鏈觀測值相位滯后的問題,達(dá)到了提高觀測器精度目的。最后,對所提方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,較常規(guī)滑模觀測器,所提觀測器有效的抑制了抖振現(xiàn)象,提高了磁鏈觀測精度,并對電機(jī)參數(shù)攝動及外部負(fù)載擾動具有較強(qiáng)魯棒性。
　　為了實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的

4、無速度傳感器控制,本文提出了一種全局高階滑模轉(zhuǎn)速觀測器。首先,分析了轉(zhuǎn)子參數(shù)變化對電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的影響。然后,針對常規(guī)滑模觀測器趨近運(yùn)動階段不具備良好魯棒性,以及收斂速度慢的問題,設(shè)計了全局非奇異終端滑模面,保證系統(tǒng)狀態(tài)在初始時刻即處于滑模面上,消除了常規(guī)滑?？刂频内吔\(yùn)動階段,使滑模觀測器在整個響應(yīng)過程均具有良好的魯棒性;非奇異終端滑模保證了系統(tǒng)狀態(tài)能夠在有限時間內(nèi)收斂,提高了觀測器的響應(yīng)速度;為了維持系統(tǒng)狀態(tài)的滑動運(yùn)動,設(shè)計了高階

5、滑模控制律,得到了平滑、無抖振的控制信號,可直接用于電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子時間常數(shù)的辨識。最后,利用仿真實(shí)驗(yàn)對所提方法進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,所提觀測器能夠快速、準(zhǔn)確地觀測到電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子時間常數(shù),具有良好的魯棒性。
　　為了保證電機(jī)再生能量回饋系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性,能夠?qū)⒅苿舆^程中電機(jī)產(chǎn)生的再生能量高質(zhì)量地回饋至電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能運(yùn)行,本文提出了感應(yīng)電機(jī)能量回饋系統(tǒng)的模糊高階滑?？刂品椒?。首先,分析了感應(yīng)電機(jī)再生能量的回饋過程。然后,考慮到

6、能量回饋系統(tǒng)控制的性能主要取決于回饋電流的控制,針對電流環(huán),設(shè)計了模糊高階滑模電流控制器;利用高階滑?？刂?保證能量回饋系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性,并使抖振現(xiàn)象得到有效抑制,提高了回饋電流的控制精度;通過設(shè)計模糊控制器,建立了高階滑模控制律增益與系統(tǒng)狀態(tài)之間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了滑?？刂圃鲆嬖诰€調(diào)節(jié)。最后,對所提方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,所設(shè)計的模糊高階滑模控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)再生能量高功率因數(shù)正弦電流回饋至電網(wǎng),并且對系統(tǒng)負(fù)載變化具有較強(qiáng)的魯棒

7、性。
　　為了提高感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動靜態(tài)性能,本文提出了一種基于負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)的轉(zhuǎn)速高階滑?？刂品椒?。首先,通過設(shè)計非奇異終端滑模面,保證電機(jī)轉(zhuǎn)速、直軸和交軸電流能夠在有限時間內(nèi)收斂。然后,針對負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化頻繁的特點(diǎn),設(shè)計了一種具有負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)的高階滑模轉(zhuǎn)速控制器,實(shí)現(xiàn)了負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動慣量的在線估計,提高了系統(tǒng)的魯棒性。最后,針對動態(tài)過程中,電機(jī)勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流之間存在耦合電壓的問題,通過電壓前饋補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了定子電流動態(tài)

8、解耦,使電機(jī)勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流具有完全獨(dú)立的動態(tài)特性,提高了電機(jī)電流控制的動態(tài)性能;針對解耦后的定子電流,設(shè)計了二階滑模電流控制器,提高了電機(jī)定子電流的控制精度。仿真結(jié)果表明,所提方法具有響應(yīng)速度快,跟蹤精度高的特點(diǎn),并對負(fù)載擾動變化具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　通過本文的研究,實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)的無速度傳感器控制。利用所設(shè)計的高階滑模轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確觀測。利用全局滑模轉(zhuǎn)速觀測器實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時估計。針對電機(jī)制動過程產(chǎn)