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基于解耦线性化的潜器推进感应电动机鲁棒控制研究

游江  
【摘要】: 在洋流和海浪的不确定性扰动下,潜器运动的鲁棒性和操纵性是与推进电动机控制有密切关系的重要性能指标。论文研究将H_∞控制理论用于潜器感应推进电动机控制系统设计,以此来解决因推进电机模型参数摄动和外界扰动而影响系统控制性能的问题。 在感应电动机转子磁场定向的矢量控制中,系统性能受转子电阻参数变化的影响很大,论文在矢量控制模型的基础上通过对原矢量控制模型施加非线性补偿获得动态的输入输出解耦模型。基于此模型,将系统表达为含参数摄动矩阵的状态空间模型,应用奇异值分解定理,设计了一种参数摄动矩阵的分解方法。研究应用H_∞状态反馈控制理论设计鲁棒控制器以抑制转子参数摄动对系统性能的影响。 为了更深入地研究基于解耦模型的感应推进电动机的鲁棒控制问题,基于非线性微分几何理论,研究了感应推进电动机分别在电压源和电流源逆变器驱动下的解耦线性化问题,获得便于H_∞控制的完全解耦线性化模型。 应用电压源逆变器驱动的感应电动机微分几何解耦模型,在Youla参数化二自由度控制结构基础上,根据控制器在结构上具有两个自由参数的特点,研究应用H_∞和H_2控制分别独立设计系统反馈和前馈控制器实现系统多控制目标优化的方法,对控制器设计参数对系统性能的影响进行了比较研究。 论文对一种基于Youla参数化的二自由度广义内模控制(GIMC)结构的特性及其控制器的设计方法进行了深入的研究。基于电流源逆变器驱动的感应电动机微分几何解耦模型,设计二自由度的GIMC控制器并将其用于潜器推进控制的仿真研究,指出这种感应推进电动机控制方法可以在一定程度上有效改善推进系统的性能。


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