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永磁同步电动机控制系统混沌行为分析及抑制和镇定

韦笃取  
【摘要】:永磁同步电动机(PMSM)是迄今唯一可以从模型上证明是混沌系统的电机,其模型与著名的混沌系统——Lorenz方程在一定条件下完全相同,从而给PMSM稳定运行分析提供了一条明确的研究方向。已有的研究探讨了PMSM本体在某些参数及工作条件下的混沌行为,混沌的存在被证明是PMSM运行失稳的重要因素之一。本文将对PMSM本体的混沌研究拓展到对其控制系统混沌行为的研究,从而使对PMSM的研究更切合实际。论文包括两部分内容:一是分析了二类永磁同步电动机控制系统的混沌行为;二是提出和研究了四种永磁同步电动机控制系统混沌抑制方法和镇定系统,此外还初步探讨了同步发电机双机控制系统稳定域问题。论文具有一定创新意义的工作可归纳如下: (1)研究了PMSM延迟反馈电流控制系统全局稳定性问题。发现在不同的延迟反馈增益和延迟时间下,该控制系统将出现混沌、准周期、极限环、稳定运行等状态;研究还发现变时滞反馈电流比常时滞反馈电流更能增大PMSM稳定运行的区域,并分析解释了这一现象的产生机理。 (2)探讨了永磁同步电动机v/f控制系统的混沌发生的机理。建立了该控制系统的分析模型,进而利用近似线性化方法得到系统的平衡点,由此通过相图、特征值和Lyapunov指数等指标研究PMSM平衡点的稳定性。研究发现当系统参数取值比较小时,系统处于稳定运行状态;随着系统参数的增大,系统将发生混沌振荡。 (3)提出了基于LaSalle不变集定理设计自适应混沌控制器对PMSM控制系统混沌运动进行抑制的方法,它适合于PMSM系统多参数、强耦合以及系统参数存在不确定性运行的情况;此外,基于有限时间稳定理论,设计反馈控制器对PMSM的混沌行为进行抑制,由于该控制器不需要改变受控系统原有的结构,具有设计直接简便、控制代价小、易于工程实现的优点。 (4)基于Lyapunov渐近稳定理论设计自适应混沌控制器,对永磁同步电动机v/f控制系统的混沌运动进行镇定。该控制策略不需要使用除系统转速变量以外的任何有关被控系统的信息,不需要改变受控系统原有的装备结构,因此设计直接简洁,且还对随机噪声扰动和系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。 (5)利用无源系统固有的稳定特性,将无源控制方法与自适应控制方法相结合对永磁同步电动机v/f控制系统的混沌运动进行镇定。该控制策略不仅行之有效,对参数的不确定性具有较强的鲁棒性,且保证了系统的稳定运行。 (6)研究随机噪声对同步发电机双机系统的安全盆的影响。利用随机Melnikov方法研究在均值及均方意义下该双机系统可能出现混沌的临界条件,从而得到系统安全盆侵蚀的判据,为进一步开展永磁同步电机在复杂实际系统中的混沌动力学研究奠定基础。


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