无轴承永磁同步电动机的H鲁棒控制研究

摘要

无轴承永磁同步电机因为实现了转子的悬浮更易于向高转速、大功率方向发展，又因为其避免了摩擦和污染在超洁净等领域有广泛的应用前景。无轴承永磁同步电机又是一多变量、强耦合、非线性系统，不但转矩绕组和悬浮绕组间存在耦合，悬浮绕组两个自由度间也存在耦合，这就对其控制器性能提出了很高的要求。控制理论在设计控制器时通过引入三个加权矩阵，有效抑制了外界扰动和模型不确定性对控制性能的影响，从而使控制器具有鲁棒性。 本文为一台无轴承永磁同步电机设计了基于混合灵敏度思想的转速调节器，鉴于阶次较高，实现困难，基于Gram矩阵进行了均衡降阶，仿真和试验结果表明，所设计的控制器保证电机转速稳态精度在1r/min之内，快速性好，在参数摄动和转速突变时都能保持良好的控制性能，鲁棒性强。 为无轴承永磁同步电机悬浮子系统设计了基于H∞控制理论的控制器，并对具有外扰和模型不确定性等情况进行了仿真研究，结果表明，在H∞控制器控制下，电机能实现稳定悬浮，起浮性能优于PID控制器控制下的情况，并对外扰和模型不确定性具有一定的鲁棒性。 本文还分别利用LQG/LTR控制理论、H2/ H∞混合控制理论、H2控制理论为悬浮子系统设计了控制器，仿真结果验证了控制器设计的正确性。