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有限时间控制协同广义比例积分观测器的感应电机矢量控制方法

罗嘉伟  
【摘要】:作为交流调速系统的核心部件,高性能电机驱动装置备受关注。感应电机(Induction Motor,IM)拥有可靠性强、结构简单等优点而成为交流调速系统的主要控制对象。近年来各种基于矢量控制的新型控制技术成为了学者们研究的热点,其中,有限时间控制(Finite Time Control,FTC)可以让控制系统的某一状态在有限时间内收敛至平衡点,提供了更好的收敛性能,因此在电机控制领域受到青睐。但是,电机在运行过程中会受到集总干扰的影响,导致电机控制系统的抗干扰能力下降。为了提升控制系统的抗干扰性能,本课题研究了一种有限时间控制协同广义比例积分观测器(Generalized Proportional Integral Observer,GPIO)的感应电机矢量控制方法。首先,对感应电机的数学模型和矢量控制的相关内容进行了介绍和阐述。其次,叙述了有限时间控制的基本原理和相关引理,在矢量控制系统转速环中构建了有限时间控制器并对其进行了稳定性分析。同时,指出有限时间控制对干扰的抑制能力还有待进一步优化,且集总干扰的存在会影响转速环的控制性能的问题,因此将广义比例积分观测器引入到转速环中形成复合控制器,利用广义比例积分观测器对集总干扰进行估计并前馈补偿。详细介绍了广义比例积分观测器的原理结构和在感应电机控制系统中的设计方法,根据赫尔维茨判据对广义比例积分观测器的稳定性进行了分析,并利用极点配置法合理选取了观测器参数。最后,在仿真环境中对本课题所研究的方法进行了仿真验证,并在自行搭建的实验平台中进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,有限时间控制协同广义比例积分观测器的感应电机矢量控制方法提高了控制系统的抗干扰能力和稳态性能。


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