异步电动机传动系统的能量成形和信号变换控制研究

摘要

异步电动机是一个高阶的、多变量、强耦合、且参数不确定的非线性系统。随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，从最初的矢量控制技术，到直接转矩控制、反馈线性化，再到反步法、智能控制、无源性控制等，异步电动机传动系统已经可以获得和直流电动机相似的高静动态性能，异步电动机已经可以和直流电机相媲美。最近，基于能量成形的端口受控哈密顿系统(PCH)控制已经引起了广大电机控制专家的重视。本文把异步电动机看成两个端口（机械端口和电气端口）的能量变换装置，并给出了基于能量成形控制方法的异步电动机的速度控制。
　　 首先，阐述了异步电动机传动系统的国内外研究动态和发展趋势，包括异步电动机传动系统的主电路、控制电路以及相应的控制策略的研究。给出了本文所用的基于能量成形和PCHD控制所需的理论基础—无源性、耗散性、反馈互联的定义，在此基础上介绍了端口受控耗散哈密顿系统的能量成形控制方法，并提出了基于一般PCHD模型的IDA-PBC反馈镇定原理。
　　 其次，介绍了异步电动机的原始数学模型以及建模和模型转换所用的坐标变换原理，并在两相静止αβ坐标系下以及在两相同步旋转dq坐标系下建立了异步电动机的数学模型。并且建立了异步电动机dq坐标系上的速度控制PCHD模型，给出了其在Matlab/Simulink中的仿真模型。在此基础上，给出了基于状态PCH控制和基于状态误差PCH控制方法求取的控制器，负载未知时给出了基于负载观测器和基于负载扰动估计器的控制方法求得的控制器，分析了平衡点的稳定性。
　　 再次，研究了异步电动机传动系统的SPWM、SVPWM实现以及整个传动系统的仿真。在Matlab/Simulink环境下，给出了异步电动机传动系统的SPWM以及SVPWM的仿真模型，并对各种控制方法进行了详细的仿真研究。对仿真结果进行了详细的分析，仿真结果表明了控制方法的正确性以及有效性。
　　 然后，把异步电动机的端口受控哈密顿系统控制方法和矢量控制方法进行了比较，主要包括方法的比较、仿真结果的比较和物理意义上的分析。
　　 最后，认真总结了本文的主要研究工作，指出了目前研究中存在的问题，以及今后的研究方向。