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《湖南大学》 2010年
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复杂电机系统的混合滑模变结构控制方法及其应用研究

张细政  
【摘要】:电机系统作为机、电能量转换的装置为工业、民用自动化系统提供了源源不断的强劲动力,由于电机类型的多样性、电机数学模型的多维和非线性、电流/磁链和转速等电量的强耦合、负载与参数的不确定性等,经典控制理论难以或无法进行有效控制,现代控制理论虽然能解决比经典控制复杂得多的自动化系统,但仍然不能满足当前技术发展的需求。随着大型工业电驱动系统、电动汽车、现代集成制造业、航空航天技术和多关节机器人对先进电机传动和伺服控制的需求,研究新型的控制理论和技术来完成高性能的电机控制具有非常重要的学术意义和现实价值。滑模变结构控制理论是一种新型非线性控制策略,历经近50年的发展,已经成为了现代控制理论中一个重要的分支。滑模变结构控制具有对匹配不确定和干扰的鲁棒性、快速响应能力、结构简单、实现容易等优点,在其理论提出的初期就得到重视,在电机控制中得到广泛应用。论文结合现代控制理论和滑模变结构技术,进行了复杂电机系统的混合滑模变结构控制方法及应用研究,主要包括:自适应滑模变结构控制、基于模糊逻辑的滑模鲁棒控制、基于T-S模型的模糊滑模控制和滑模观测器设计四个方面的问题。 针对复杂电机系统,首先分别结合两种自适应技术和滑模变结构控制,提出了三种自适应滑模控制方案:①永磁同步电机的间接自校正滑模变结构控制,仿真结果表明在参数不确定和负载扰动情况下,能实现电机转速的高性能全局稳定跟踪;②感应电机的模型参考自适应滑模控制,仿真结果表明该方案能实现定、转子电阻的实时在线辨识和转速估计,且能实现较宽范围内的高性能转矩、磁链和转速控制;③一类未知不确定系统的直接自校正滑模控制,通过在线调节边界层参数,可实现低抖振、低控制量的高性能控制。 接着,采用模糊系统逼近的方法,提出了三种自适应模糊滑模控制方案:①对滑模控制的未知等效控制量进行在线估计,结合H∞技术抑制逼近误差和干扰对系统性能的影响,实现了复杂MIMO不确定系统的的H∞自适应模糊滑模控制;②对未知不确定性和干扰上界进行估计,并用自适应PID控制代替滑模切换项,实现了复杂未知不确定系统的的PID自适应模糊滑模控制;③对含参数及负载不确定的未知函数进行在线估计,实现了感应电机间接自适应模糊滑模控制。仿真结果表明,上述方案能有效利用模糊系统的逼近能力,消除抖振,并具有良好的动态响应和快速的收敛能力。 然后,基于T-S模糊建模方法,归纳出一般非线性对象的建模步骤,对一类状态可测的不确定系统,设计了状态反馈自适应T-S模糊滑模变结构控制器;并将T-S技术应用于永磁同步电机(PMSM)系统的模糊建模,结合滑模控制提出了一种新的模糊变结构控制器(Fuzzy Variable Structure Controller,FVSC),用于PMSM系统的鲁棒速度控制;将T-S技术应用于感应电机系统(IM)的模糊建模,利用H∞技术抑制负载干扰对性能的影响,提出了H∞模糊变结构控制器(H_FVSC)。仿真或试验结果表明所提出的T-S模糊滑模变结构控制方法对电机系统的不确定性具有很强的鲁棒性,响应迅速,跟踪性能良好。 最后,给出了三种复杂电机系统的滑模观测器设计方案,分别是:①永磁同步电机扩展滑模观测器,该方法能克服电机参数摄动和负载扰动对系统性能的影响;②感应电机滑模电流与磁链观测器,该方法简单、实用且不存在转速积分环节,能对转速进行高精度的在线估计,收敛速度快;③新型状态-滑模观测器设计,用于电动车用感应电机系统定、转子电阻的实时估计,由于在状态观测器中引入了滑模观测部分,在处理大范围参数变化时比常规状态观测器具有更好的鲁棒性,同时滑模部分的待定参数比常规滑模方法少。 文末对全文工作做了总结,明确指出了工作中的创新点,并初步阐述了未来研究工作的主要方向。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM301.2

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【同被引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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10 李海波;电力作动器伺服控制器的研制[D];西北工业大学;2004年
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