基于端口哈密顿系统及PI控制原理的异步电动机转速调节.pdfVIP

第 24卷 第 3期 青 岛大 学 学报 (工 程 技 术 版 ) VoL24No．3 2009年 9月 JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY (ET) Sep．2009 文章编号 ：1006—9798(2009)03—0017一O7 基于端 口哈密顿系统与PI控制原理 的异步电动机转速调节 魏 晓晨 ，于海生，刘 进 (青岛大学 自动化工程学院，山东 青岛 266071) 摘要 ：针对功率变换器和异步 电动机构成的传动系统，利用能量成形与端 口受控哈密顿 (PCH)系统理论 ，研究其速度控制问题。建立了异步电动机的PCH 系统模型 ，并构建了 期望的闭环状态误差 PCH 系统。根据转子磁场定 向原理 ，确定 了期望的平衡点 ，并 用 Lyapunou稳定性定理分了平衡点的稳定性 。利用互联和阻尼配置方法，设计了负载恒定 已知和有扰动情况下的速度控制器。负载扰动通过速度误差的比例积分控制来估计 。利 用电压空间矢量脉宽调制 (SVPWM)信号变换控制功率变换器各开关器件的导通 占空 比，实现异步 电动机的速度调节 。仿真结果表明，系统具有很好的负载扰动抑制能力和转 速跟踪性能。 关键词 ：异步 电动机 ；哈密顿系统 ；PI控制 ；信号变换 ；速度控制 中图分类号 ：TM301．2 文献标识码 ：A 异步电动机是一个多变量 、强耦合的非线性控制对象 ，其速度控制系统易受电机参数变化 、负载扰动、对 象未建模等不确定性 的影响。已有 的矢量控制和直接转矩控制l1]，虽使异步电机的性能获得了很大提高，但 仍有许多不足。要进一步提高异步电机调速系统的性 能，就必须借助于现代 的非线性控制、智能控制等理 论。随着计算机控制技术 和电力电子技术的发展 ，各种非线性控制方法不断应用到异步电机控制系统的 设计中，如：反馈线性化 、无源性控制 、反步法 等 。近年来 ，能量成形 (ES，Energy—Shaping)与端 口受控 哈密顿系统方法受到高度重视 ，并取得了一系列成果_6 。该方法将被控系统表示成 PCH(port—controlled Hamiltonian)结构 ，利用互联和阻尼配置方法，简化了控制器设计 ，文中将哈密顿函数作为 Iyapunov函数 ， 使稳定性分析更加容易 。本文针对异步 电动机传动系统，首先建立异步 电动机 (IM，Inductionmotor)的 PCH 系统模型，构建 了期望的闭环状态误差 PCH 系统。基于互联和阻尼配置的能量成形方法对 IM 进行 速度的无源性控制 ，得到负载转矩恒定 已知和有扰动情况下的控制器。用速度误差 的PI控制估计负载扰 动。其次是利用 SVPWM 信号变换控制功率变换器各开关器件的导通 占空 比，实现异步 电动机的速度调 节 。最后建立整个系统的仿真模型，仿真结果验证 了控制器的有效性。 1 PCH系统及其控制原理 1．1 端 口受控哈密顿 (PCH)系统 若将能量耗散的概念引入到 PCH系统框架中，则可得耗散的PCH 系统模型[6为 f===[t，()一R()]O百H(x)+g(x)u J (1) Y一 ) 收稿 日期 ：2009—03—22 基金项 目：国家 自然科学基金 资助项 目 作者简介 ：魏晓晨 (1983一)，男 ，山东潍坊人 ，硕士研究生 ，主要研究方 向为交流电机传动系统的非线性控制。 18 青 岛大学学报 (工程技术 版) 第 24卷 其中，X∈R ，U，Y∈R ；R()为光滑依赖于X的半正定对称矩阵，R()一R ()≥0，它反映了端 口上的附 加阻性结构 ；J()为反对称矩阵，J()