交流电机的能量成型与非线性控制研究

【摘要】：基于交流电机的现代电气传动是应用最广泛的机电系统，从控制的观点来看，它们提供了复杂的多变量非线性问题并且构成了非线性控制的一个重要应用领域。对于这些问题，我们综述和分析了现有的解决方案，但大部分方案太复杂而不容易实现。近来，系统镇定的能量成型方法尤其倍受关注，该方法的主要特征是在闭环控制中系统结构(哈密顿或拉格朗日结构)保持不变，其优点是闭环系统的能量函(存储)数可作为Lyapunov函数，从而使系统稳定性分析更容易。本文主要研究交流电机的拉格朗日、哈密顿、反步、单神经元直接模型参考自适应等控制方法。 1．首先，综述了交流电机控制策略的国内外发展动态，并从四个方面进行了分析：基于稳态模型的控制策略、基于动态模型的控制策略、不依赖于模型的控制策略、现代鲁棒与非线性控制策略。更进一步，我们介绍了欧拉-拉格朗日和端口受控哈密顿系统的能量成型控制方法的发展状况，并提出了交流电机传动系统的发展趋势。 2．介绍了输入输出稳定性、无源性、耗散性、L_2增益、能量成型和能量平衡方程的定义和一些重要理论，实际上，这些理论反映了无源性是能量变换特性。描述并给出了欧拉-拉格朗日(EL)和端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统的一般数学表达形式。 3．在科学和工程实际当中，能量是基本概念之一，通常认为动态系统是能量变换装置。在研究复杂非线性系统时，这个观点是非常有用的。把复杂非线性系统分解成比较简单的子系统，依靠互联并用注入能量的方法来确定整个系统的行为。据此，我们分析了EL和PCHD系统的一些重要特性，并从能量平衡的观点和交流电机的原始模型出发，在α β静止坐标系和dq同步旋转坐标系，分别建立了交流电机(PMSM—永磁同步电机、IM—异步电机、DFIM—双馈异步电机)的EL和PCHD系统模型。 4．一个相当不同的技术称之为无源性控制，已用于交流电机的控制。交流电机的EL模型提供了系统的物理特性，如：能量无源性、阻尼注入和能量成型。为了求解IM的速度控制问题，我们采用电机转子磁链子系统的无源性，给出了带电流内环速度控制系统的一种简明设计，所设计的系统无须