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基于动态面和观测器技术的异步电动机模糊逼近控制

魏萍  
【摘要】:随着电力电子技术、计算机技术的不断发展以及现代控制理论的不断完善,电动机传动系统在电气传动系统中的应用得到了极大的推广,异步电动机系统作为最常见的电动机系统,得到越来越多的学者和专家们的关注和青睐。为了获得高性能的异步电动机控制,经过各类专家和学者的不断努力,已经取得了许多有效的控制方法,其中比较经典的就是矢量控制和直接转矩控制。但是,由于异步电动机本身是多变量、强耦合的复杂非线性被控对象,并且易受电机系统的参数时变和负载扰动的干扰,使得经典的控制方法很难实现系统在不同环境下的运行要求。因此,研究高性能的异步电动机控制方法具有重大的意义。本文针对在两相旋转dq坐标系下的异步电动机数学模型,提出了基于动态面和观测器技术的异步电动机控制策略。论文的主要研究内容如下:第一,首先简要介绍了异步电动机系统的国内外研究概况以及常见的几种控制策略,并重点介绍了反步法、模糊控制等控制方法的发展概况和研究现状,为下文的研究打下了理论基础。第二,介绍了异步电动机的数学模型,并详细介绍了两相旋转dq坐标系下的异步电动机数学模型的推导原理。然后,介绍了模糊控制的相关知识及一类SISO严格反馈系统的动态面反步控制,为本课题提供了理论依据。第三,针对异步电动机的动态数学模型,设计了一种新型的模糊自适应位置跟踪控制。通过模糊逼近和自适应技术有效地解决了系统的参数不确定问题,并利用动态面技术有效地避免了传统的反步设计中产生的“计算爆炸”问题。仿真结果验证了该控制策略的有效性。第四,基于观测器技术,设计了一种新型的模糊自适应动态面控制方法。利用降维观测器来估计异步电动机系统的转子角速度,应用动态面技术避免了传统的反步设计中产生的“计算爆炸”问题。所设计的控制器可以有效地实现对异步电动机的位置跟踪控制,在MATLAB环境下的仿真结果验证了该方法的有效性。


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