自抗扰控制器的优化研究及其在感应电机控制中的应用

摘要

感应电机的高性能控制是现代工业的迫切要求。论文以高性能感应电机调速系统为研究对象,结合自抗扰控制理论,针对电机控制的非线性和不确定性问题,在转子磁通观测器、具有磁通稳定能力的通用变频器-感应电机控制系统的理论设计及感应电机矢量控制器设计等方面进行了深入的分析和计算机仿真研究。
　　转子磁通的准确观测是实现感应电机高性能控制的关键。论文较为系统地定性定量分析了两种基于自抗扰控制的磁通观测器。在分析电机数学模型及建模仿真研究的基础上指出,这两种观测结构均能对负载波动,变速和转子电阻参数变化等实际存在的不确定因素具有较强的鲁棒性,但在定子电流观测精度、磁通观测误差、实现的难易程度等方面,二者存在着一定的差异。论文还根据电机的运行工况、调速性能的误差耐受等条件,给出了相应的观测器选用原则。
　　论文在系统化研究了自抗扰控制器和磁通观测器基本理论的基础上,提出了一种具有磁通稳定能力的通用变频-异步电机调速控制器,对核心部分组件逆变控制器和磁通观测器给出了详细地理论设计。拖动仿真表明这种变频器具有很强的磁通稳定能力,不但可以较大地提高通用变频器-感应电机调速系统的动态性能,而且极其自然地解决了低速时的转矩补偿问题,对于要求电机的调速性能处在通用变频系统与矢量控制系统之间的拖动场合尤其适合。
　　论文分析了ADRC的内部结构及其各基本组成部分的功能,结合笼型电机数学模型,在前人研究的基础上,设计了基于优化的ADRC感应电机转子磁通定向矢量控制器,并提出ADRC的两个设计原则,一是充分利用系统的已知模型,缩小了未知扰动的变化范围,据此来提高ESO的收敛速度和观测精度,二是采用线性模型替代了典型ADRC结构中的一些非线性环节,在保持控制性能的前提下,简化模型结构,减小了计算量。最后,在Matlab/Simulink上建立了较完整的仿真拖动系统,并给出了详细的仿真结果。

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第一章 绪 论

1.1 目的和意义

1.2 现代控制理论在感应电机变频调速中的应用

1.3 本文研究的主要内容

第二章 自抗扰控制器的原理

2.1 引言

2.2 自抗扰控制器的数学模型

2.3 扩张状态观测器的收敛性分析

2.4 本章小结

第三章 感应电机的磁通观测器研究

3.1 引言

3.2 感应电机的数学模型

3.3 基于ESO的转子磁通观测器

3.4 本章小结

第四章 基于ESO的通用变频调速系统的性能优化设计

4.1 引言

4.2 二个关键子系统设计

4.3 建模仿真

4.4 本章小结

第五章 基于ADRC的感应电机矢量控制器优化设计

5.1 引言

5.2 ADRC在感应电机矢量控制器中的优化设计

5.3 ADRC的参数设定

5.4 ADRC矢量控制系统的仿真与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

在学期间发表的学术论文

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