基于凸優(yōu)化算法的永磁同步電機魯棒控制問題研究.pdf

1、永磁同步電機具有高功率密度、高效率、體積小、損耗低、可靠性高、結構簡單等優(yōu)點，廣泛應用于國防航天、工業(yè)生產以及日常生活的各個領域。然而，永磁同步電機數學模型具有多變量、非線性和強耦合的特點，存在諸如電流耦合、參數攝動和外部擾動等許多不利因素，實現電機的高性能控制十分困難。為了滿足工程應用的需求，迫切需要在永磁同步電機的控制策略上有所突破，以保證電機的快速發(fā)展。本文的主要工作和成果有:
　　(1)介紹了研究背景和理論基礎。首先對永磁

2、同步電機控制系統(tǒng)的相關控制策略和理論基礎進行了綜述，著重介紹了交流調速技術的發(fā)展和滑模變結構控制、魯棒控制、PI/PID結構控制、反推控制、擾動觀測器控制及優(yōu)化算法在電機控制系統(tǒng)中的研究現狀和發(fā)展前景。
　　(2)探究永磁同步電機的基本數學模型及位置控制問題。為了實現電機模型的近似解耦，本文基于id=0的假設條件，建立相應的位置控制模型。在此基礎上，設計基于凸優(yōu)化算法的廣義PI位置控制器，確保閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且保證電機具備良好的位置

3、跟蹤性能。同時引入L1性能優(yōu)化指標，分析控制算法的魯棒性。進一步，為了克服電機控制系統(tǒng)中傳感器的安裝成本和空間缺陷等問題，提出了一種降階的龍伯格(Luenberger)觀測器，實現了電機無傳感器條件下的位置調節(jié)。
　　(3)探究帶有不確定項的永磁同步電機模型速度控制問題。針對同時含有參數攝動和外部擾動的永磁同步電機速度控制模型，引入線性矩陣不等式(LMI)優(yōu)化算法，同時結合L1性能優(yōu)化指標，設計廣義PI反饋控制器，解決了參數不確定

4、情況下永磁同步電機模型的多目標控制問題（包括穩(wěn)定性、速度跟蹤控制及魯棒控制性能）。進一步，運用電力電子工具箱搭建了基于空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法的永磁同步電機調速系統(tǒng)的仿真平臺，驗證控制算法的有效性。
　　(4)研究基于干擾觀測器設計的永磁同步電機模型速度跟蹤及抗干擾控制問題。針對電機調速模型中負載擾動與控制輸入不在同一通道的難題，通過變量轉換，構建帶有多源干擾的級聯速度控制模型。級聯模型中的干擾可以分為兩類，一類是可由外

5、系統(tǒng)描述的負載擾動，另一類是包含測量噪聲等范數有界擾動。在此基礎上，提出一種復合抗干擾控制策略。通過構造負載擾動觀測器，同時結合L1優(yōu)化指標可以同時實現對第一類擾動的估計和抵消以及對第二類擾動的抑制。進一步，基于凸優(yōu)化算法設計包含速度控制器及干擾觀測值的反饋控制輸入，實現級聯調速系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、跟蹤性能及抗干擾性能的多目標控制要求。
　　(5)運用Matlab軟件，利用線性矩陣不等式工具箱和Simulink動態(tài)仿真平臺以及其