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永磁同步电机变频驱动鲁棒控制策略研究

张辉  
【摘要】:永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩电流比、可靠性好、环境适应性强等优点,在工业领域得到了日益广泛的应用。目前永磁同步电机驱动系统广泛采用双闭环PI控制器。PI控制器以单输入单输出线性时不变系统为主要控制对象,而永磁同步电机为非线性多输入多输出系统,理论上鲁棒控制器更适合永磁同步电机的控制。本文以交-直-交变频驱动永磁同步电机为研究对象,针对永磁同步电机的鲁棒控制策略开展深入研究,建立了双PWM交-直-交变频驱动控制系统,实现了前端可控整流和机侧矢量控制,具有网侧高功率因数低谐波运行,能量双向流动,机侧控制性能优良的特点。 本文提出了一种三相PWM整流器H∞鲁棒控制策略。基于PWM整流器的数学模型,建立了满足H∞鲁棒控制标准型的增广状态方程;采用PSO算法解决H∞鲁棒控制中权函数的选择问题,实现了H∞鲁棒控制器的参数整定和系统优化;依据Riccati不等式的正定解,计算得出控制器参数。仿真和实验证明了所提出的控制策略比PI控制器拥有更好的控制性能。 本文提出了一种永磁同步电机H∞鲁棒控制策略。构造了永磁同步电机H∞鲁棒控制标准型,依据永磁同步电机的数学模型,建立了增广状态方程;利用PSO算法进行参数整定和优化,根据Riccati不等式的正定解,计算得到控制器参数。仿真和实验证明了该控制策略的有效性。 本文提出了一种基于L2增益的永磁同步电机非线性鲁棒控制策略。采用反步法求解控制器,将永磁同步电机系统分解成两个子系统,并根据耗散不等式理论,构造出合适的存储函数,分别证明了由反步法所得到的两个子系统的虚拟镇定函数满足L2增益的非线性鲁棒控制器的两个设计要求,从而使所得到的非线性鲁棒控制器在系统没有外界干扰时是渐进稳定的;在系统存在外界干扰时,可以有效抑制干扰。仿真和实验证明了基于L2增益的永磁同步电机非线性鲁棒控制较之于PI控制和线性H∞鲁棒控制具有更好的抗负载扰动能力。 本文提出了一种基于注入脉振电压法的新型永磁同步电机初始位置检测方法。对永磁同步电机注入脉振电压,不断改变电压注入位置,通过检测电流iq的大小来判断转子d轴位置;根据所产生的电流的直流偏置来判断N-S极性。该方法鲁棒性强,不需要采用较多滤波器,实验证明了该方法具有较高的检测精度。 该论文有图73幅,表2个,参考文献169篇。


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