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異步電機魯棒控制器及其Backstepping設計

發布日期:2016-02-27 來源: 船舶設備產業網 查看次數: 2701 作者:[db:作者]
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  異步電機魯棒控制器及其Backstepping設計張春朋辉煌彩票登入,林飛,宋文超,陳壽孫(清華大學電機工程與應用電子技術系辉煌彩票登入,北京100084)受參數不確定性和‘可導條件“的影響,使得控制器魯棒性較差。采用擴張狀態觀測器來增強魯棒性,無需電機的精確模型,即可準確地獲得反饋量。新控制器結合了Backstepping和擴張狀態觀測器的優點,能保證誤差系統的穩定性,并具有很強的抗擾動能力。給出了控制器的詳細設計過程和原理框圖,并進行了數值仿真驗證。

  7:1張春朋男,山東臺人博士生辉煌彩票登入,電機控制的研究陳壽193|戶男,江蘇無錫人教投士1博士生導師,從事動態電力系統和電機控制的研究。

  1引言異步電機工藝簡單、價格低廉,得到了廣泛應用。但其數學模型是一個非線性、多變量、強耦合、不確定的對象,必須借助恰當的控制方法,才能充分發揮異步電機的機械性能。由于運行中的繞組溫升和集膚效應等因素,繞組參數會發生不同程度的攝動。電機的轉動慣量和負載轉矩大多不精確,甚至是未知的辉煌彩票登入辉煌彩票登入??朔淮_定性,實現異步電機高性能控制是具有實際意義的課題。

  方法外,自適應Backstepping方法亦在電機控制中得到了應用,取得了一定的成果。在負載特性已知的條件下,設計了具有機械參數更新律的自適應控制器,并對轉子電阻攝動問題進行了專門的討論。給出的控制器,可以對轉動慣量和負載轉矩進行自適應控制,但未考慮繞組參數的攝動。則假設轉動慣量已知辉煌彩票登入,設計了負載轉矩和轉子電阻的參數更新律?辉煌彩票登入?傊?,給出的控制策略只能抵抗部分參數的不確定性辉煌彩票登入。此外辉煌彩票登入辉煌彩票登入,從本文的分析中還可以看到,上述控制器的反饋通路中包含某些參數的一階或二階導數,這便為實際應用帶來了一定的限制。

  合理會降低控制器的性能,影響系統的穩定性辉煌彩票登入。

  此外,在W的表達,存在磁鏈指令和速度指令的一階、二階導數以及負載轉矩的一階導數。這意味著,計算W有一個可導條件“,即控制器的磁鏈指令和速度指令需具有有界連續的二階導數,負載轉矩也需具有有界連續的一階導數。這個條件限制了控制器的應用范圍。

  4控制器的魯棒設計設計的控制器,雖然推導嚴密,但存在抗參數攝動能力差和需滿足可導條件“兩個缺陷辉煌彩票登入。本文利用ESO改進控制器,無需反饋量具體的數學表達式,避免了直接計算辉煌彩票登入,可以克服諸多參數的不確定性。本文提出的控制器解除了可導條件”對控制器的限制辉煌彩票登入,能抵抗電機參數的攝動,具有很強的魯棒性。

  4.1機械子系統反饋量的ESO記M和L1的設定值分別為M和與實際值的其中Wro=其中:狀態變量Z1,Z2分別為Gm和Wm的估計值Gm,6)根據式(4.4)和(4.5),可以構造W的ESO為其中:狀態變量z3,z4分別為Gj和WT的估計值Gt辉煌彩票登入,Ft辉煌彩票登入;B3和B4為增益。于是Gt的擾動方程可寫為L>1Gt 4.2電磁子系統反饋量的ESO電磁子系統的ESO構造方法與機械子系統類似。記R3的控制器設定值為R3,設定值與實際值的5)改寫為其中:狀態變量z5辉煌彩票登入,z6分別為Gt和Wt的估計值Gt,FtB5和Bf>為增益-R根據式(4.12)和(4.13),可以構造W辉煌彩票登入;的ESO為Z7=其中:狀態變量Z7,Z8分別為G和Wi的估計值Gi,W1;B7和B8為增益。于是G;的擾動方程可寫為4.3新的誤差動態方程通過構造相應的ESO,原控制器的反饋量W變為新的反饋量W=T.無需考慮Wi的具體表達式辉煌彩票登入,直接利用ESO便可得到其觀測值Wl=T,并記W的觀測誤差為~=T.這樣便避免了參數攝動帶來的計算誤差,也突破了可導條件“的限制辉煌彩票登入。

  系統的誤差向量由原來的g變為新的誤差向量GWxGrGwGlf.SWJ),),。)*(4.16)即為考慮參數攝動時系統的新的擾動方程。4.4控制器的改造基于新的誤差向量G,選擇新的閉環Lyapunov函數V2=GTG/2,并對其求導辉煌彩票登入,得因為Wl是收斂于實際值的辉煌彩票登入,因此W;不斷衰減,可看作系統的連續有界的非線性擾動。該擾動的衰減與Wl有關。將W辉煌彩票登入;與W的關系描述為其中U=區域R會隨著增益k和c的增大以及擾動U的衰減而向原點緊縮,從而G也逐漸趨近于原點。當U衰減至零時,由巴爾巴辛-克拉索夫斯基全局穩定性定理8可知辉煌彩票登入,式(4. 19)和(4.20)給出的控制策略可以保證Gl在原點處全局穩定。

  19)和(4.20),給出了新控制器的原理框圖??梢钥吹?,控制器的增益由原來不確定-1kw和MT,-1不確定的系數L1R3和L1M也變為確定的廠及3和-1M-.轉速指令和磁鏈指令分別為OH=2Prad/s及W(f=0.4Wb2辉煌彩票登入,負載轉矩10Nm;在t=0.5 1.5s,O)(f,W(f和Tl光滑地過渡到100Pi.ad/s,0.2Wb2和5Nm.給出了R,。增大50%,同時L,辉煌彩票登入。減少10%時控制器的轉速跟蹤曲線。若初始條件和參數攝動同上,而在t=1s時,OHWef和Tl階躍至50Prad/s,0.2Wb2和5Nm,并在t=2s時又階躍至20Prad/s,0.4Wb2和10Nm辉煌彩票登入,那么顯然版,W(f和Tl在跳變處均違背可導條件“此時,控制器1無法完成對反饋量的計算,而控制器2仍可正常工作。

  合辉煌彩票登入,也就是說辉煌彩票登入,控制器2完全抵抗了參數攝動的影響。

  給出了控制器2的轉速跟蹤曲線辉煌彩票登入。圖中辉煌彩票登入辉煌彩票登入,因為電機有一定的轉動慣量,因此實際轉速不可能是階躍性質辉煌彩票登入,在指令值跳變時辉煌彩票登入,會出現短暫的過渡過程。盡管如此辉煌彩票登入,仍不難從圖中看出,在參數攝動和‘違背可導條件“同時發生時,控制器2仍然可以準確地跟蹤轉速指令。

 ?。╝)說明,對于基于精確模型設計的控制器,電機參數攝動和可導條件“等因素,會引入穩態誤差,明顯降低控制器1的跟蹤精度。(b)和表明辉煌彩票登入,由Backstepping+ESO”得到的控制器2,無需反饋量的具體數學表達式,即可一攬子解決參數不確定性和‘可導條件“的問題,并能保證穩態跟蹤誤差收斂于零。

  6結論本文從設計原理和數字仿真兩個方面,研究了異步電機魯棒控制器的Backstepping設計辉煌彩票登入。Backstepping設計方法辉煌彩票登入,可以變換并簡化異步電機轉速和磁鏈的跟蹤問題。然而,在問題得到簡化的同時辉煌彩票登入,擾動方程卻變得比較復雜,涉及諸多的不確定參數。ESO的引入,避免了參數辨識辉煌彩票登入,只利用較少的模型信息,就可以觀測出各個反饋量,大大增強了控制器的魯棒性辉煌彩票登入。將Backstepping和ESO二者的優勢結合起來解決異步電機的魯棒控制問題,是具有良好工程應用前景的新途徑。

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