基于哈密頓方法的交流電機(jī)能量成形控制.pdf

1、隨著電力電子器件、先進(jìn)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能的交流電機(jī)控制系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活各個(gè)領(lǐng)域。永磁同步電機(jī)由于體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在紡織、印刷、國(guó)防等行業(yè)備受青睞。但是，由于交流電機(jī)是典型的高階、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，大部分控制策略太復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，應(yīng)用能量成形的方法對(duì)哈密頓系統(tǒng)進(jìn)行控制成為專(zhuān)家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。 在科學(xué)和工程實(shí)際當(dāng)中，能量是基本概念之一。在研究復(fù)雜非

2、線(xiàn)性系統(tǒng)時(shí)，通常將動(dòng)態(tài)系統(tǒng)看作能量變換裝置，把復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)分解成比較簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)。本文將交流電機(jī)控制系統(tǒng)看作二端口(機(jī)械端口和電氣端口)的能量變換裝置，從能量成形的角度，應(yīng)用哈密頓控制理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)高性能速度控制及位置伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 首先，綜述了交流電機(jī)控制策略的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)以及能量成形控制方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了能量成形和端口受控哈密頓控制方法的理論基礎(chǔ)-無(wú)源性、耗散性、反饋互聯(lián)等，并研究了端口受控哈

3、密頓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及能量平衡特性，給出了應(yīng)用互聯(lián)和阻尼配置方法來(lái)確定系統(tǒng)行為的反饋鎮(zhèn)定原理。 根據(jù)坐標(biāo)變換理論，給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止αβ坐標(biāo)系及兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的模型，并分別建立了dq坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)速度控制及位置伺服控制的端口受控哈密頓模型。根據(jù)哈密頓系統(tǒng)反饋鎮(zhèn)定原理，選擇閉環(huán)系統(tǒng)的能量函數(shù)在平衡點(diǎn)取最小值，應(yīng)用互聯(lián)和阻尼配置的方法，通過(guò)能量成形和阻尼注入，設(shè)計(jì)了滿(mǎn)足最大輸出功率控制原理的永磁同步電機(jī)速度控制

4、及位置控制器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速/位置對(duì)期望轉(zhuǎn)速/位置的準(zhǔn)確跟蹤。得出的控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。而設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇的哈密頓函數(shù)、互聯(lián)和阻尼參數(shù)在永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中也都具有明確的物理解釋。 然后，在Matlab/Simulink軟件平臺(tái)搭建了系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)能量成形方法在交流電機(jī)控制中的控制效果進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果驗(yàn)證了此方法應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)的正確性及有效性。 最后，概括了本文主要的研究工作，并提