基于哈密頓方法的交流電機能量成形控制.pdf

1、隨著電力電子器件、先進控制理論及計算機控制技術的飛速發(fā)展，高性能的交流電機控制系統(tǒng)取得了長足的發(fā)展，廣泛的應用于工業(yè)生產及日常生活各個領域。永磁同步電機由于體積小、結構簡單、維護方便等優(yōu)點，在紡織、印刷、國防等行業(yè)備受青睞。但是，由于交流電機是典型的高階、非線性、強耦合系統(tǒng)，大部分控制策略太復雜不易實現。近年來，應用能量成形的方法對哈密頓系統(tǒng)進行控制成為專家學者的研究熱點。 在科學和工程實際當中，能量是基本概念之一。在研究復雜非

2、線性系統(tǒng)時，通常將動態(tài)系統(tǒng)看作能量變換裝置，把復雜非線性系統(tǒng)分解成比較簡單的子系統(tǒng)。本文將交流電機控制系統(tǒng)看作二端口(機械端口和電氣端口)的能量變換裝置，從能量成形的角度，應用哈密頓控制理論，實現對永磁同步電動機高性能速度控制及位置伺服控制系統(tǒng)的設計。 首先，綜述了交流電機控制策略的國內外發(fā)展動態(tài)以及能量成形控制方法的國內外研究現狀，介紹了能量成形和端口受控哈密頓控制方法的理論基礎-無源性、耗散性、反饋互聯等，并研究了端口受控哈

3、密頓系統(tǒng)的結構及能量平衡特性，給出了應用互聯和阻尼配置方法來確定系統(tǒng)行為的反饋鎮(zhèn)定原理。 根據坐標變換理論，給出了永磁同步電動機在兩相靜止αβ坐標系及兩相同步旋轉dq坐標系下的模型，并分別建立了dq坐標系下永磁同步電機速度控制及位置伺服控制的端口受控哈密頓模型。根據哈密頓系統(tǒng)反饋鎮(zhèn)定原理，選擇閉環(huán)系統(tǒng)的能量函數在平衡點取最小值，應用互聯和阻尼配置的方法，通過能量成形和阻尼注入，設計了滿足最大輸出功率控制原理的永磁同步電機速度控制

4、及位置控制器，實現電機轉速/位置對期望轉速/位置的準確跟蹤。得出的控制器具有結構簡單、計算量小、易于實現的優(yōu)點。而設計過程中選擇的哈密頓函數、互聯和阻尼參數在永磁同步電機控制系統(tǒng)中也都具有明確的物理解釋。 然后，在Matlab/Simulink軟件平臺搭建了系統(tǒng)的仿真模型，對能量成形方法在交流電機控制中的控制效果進行了仿真研究。仿真結果驗證了此方法應用于電機控制系統(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