自抗扰控制器在高性能异步电机控制系统中的应用

【摘要】：矢量控制技术已被广泛的应用于高性能异步机调速系统中。然而，由于在 实时控制中存在严重的外部干扰、参数变化和非线性不确定因素。基于精确电 机参数的准确解耦很难实现，并且磁通和转矩的动态性能也受到严重的影响。 为了提高调速系统的动态性能，该文介绍了一种可以取代经典 PID 控制器用于 异步电机调速系统的非线性自抗扰控制器。 本文深入分析了自抗扰控制器的内部结构及其各基本组成部分的功能。通 过大量的仿真研究了自抗扰控制器的控制器参数的选取与其性能之间的关系， 并给出了各组成部分的系数调节的原则与方法。本文针对在异步电机调速系统 中应用自抗扰控制器的特点提出了系统的设计原理，并对它的可行性进行了数 学推导。自抗扰控制器由三部分组成：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。利用扩张状态观测器，自抗扰控制器可以估计出系统状 态变量及其广义导数，从而实现异步电机的精确解耦。此外，上述控制方案不 需要精确电机参数就可以实现干扰补偿，这使得自抗扰控制器的设计能够独立 于异步电机的精确数学模型。仿真结果表明，相对于经典 PID 控制器，自抗扰 控制器在较宽的调速范围内具有更好的动态性能以及对负载扰动、电机参数变 化都具有更好的鲁棒性。