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《青岛大学》 2011年
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基于模糊逼近的交流电动机自适应控制

于金鹏  
【摘要】:基于交流电动机的现代电气传动是应用最广泛的电气自动化系统。交流电动机是高阶、多变量、强耦合、参数时变的非线性系统,研究先进的控制策略,提高交流传动系统的动、静态性能,是一个富有理论意义和实际应用价值的研究课题。基于backstepping设计方法的自适应模糊控制是一种有效的非线性控制方法,能够很好地克服交流传动系统建模不充分和模型参数变化等不确定因素,结合自适应技术对系统中的非线性未知函数进行估计,同时基于backstepping设计技术来构造系统的控制器,从而实现交流传动系统的高品质控制。论文的主要研究成果如下: 1.研究了一类单输入单输出(Single-Input-Single-Output, SISO)严格反馈非线性系统的模糊自适应控制方案。在该方案的设计过程中,应用模糊逻辑系统来逼近未知的虚拟控制和系统中的未知非线性函数;利用backstepping技术来构造模糊自适应控制器;应用Lyapunov方法来分析闭环系统的稳定性。所提出的控制方案不仅能够保证闭环系统的有界性和良好的跟踪性能,而且控制器结构简单,所需的自适应参数个数不多于所考虑的系统阶数,从而降低了计算量,便于在实际工程中应用。 2.研究了基于backstepping设计的永磁同步电动机传动系统的速度跟踪、位置跟踪控制问题。利用模糊逻辑系统来逼近永磁同步电动机传动系统中非线性函数,克服了系统建模不充分和系统参数变化等不确定因素,应用backstepping方法构造闭环传动系统的控制器,利用Lyapunov方法来分析闭环传动系统的稳定性。提出的非线性控制器保证了永磁同步电动机闭环传动系统所有变量的有界性和良好的速度、位置跟踪效果,而且能够克服系统参数不确定性及负载力矩扰动。仿真实例说明了所提出的方案的有效性。 3.针对异步电动机的参数变化及负载转矩的不确定性,通过应用backstepping设计方法和Lyapunov理论提出了基于backstepping的异步电动机模糊自适应速度、位置跟踪控制方案,利用模糊逻辑系统来逼近异步电动机传动系统的虚拟控制函数和非线性函数,结合自适应技术对系统中的未知参数进行估计,同时基于backstepping设计技术来构造控制器。所设计的非线性控制器包含了较少的自适应参数,且结构简单,在实际应用中易于实现,保证了异步电动机闭环传动系统所有变量都有界。仿真实例证明了所提出的方案能够克服系统参数不确定性及负载力矩扰动,获得了良好的速度、位置跟踪效果。 4.研究了永磁同步电动机传动系统的混沌控制问题。永磁同步电动机传动系统在一定条件下会出现极限环和混沌现象,而电机的混沌运动直接影响到系统的运行质量和可靠性,在许多实际应用中是不允许的。针对这一特性,采用自适应模糊反步方法来控制系统的混沌现象,利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性函数,同时基于自适应backstepping方法来构造控制器,实现了对混沌现象的有效控制。比较现有经典的基于backstepping方法的永磁同步电机混沌控制,基于模糊自适应设计方法构造的控制律具有结构简单、易于工程实现的特点。仿真实例研究表明:所设计的模糊控制律能够避免系统中出现混沌现象,确保系统能很好地跟踪给定的速度、位置信号。
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