电动机驱动系统的能量控制与l_2增益扰动抑制研究

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1、分类号：TM921密级：不保密UDC：621.3学校代码：11065博士学位论文电动机驱动系统的能量控制与L2增益扰动抑制研究山炳强指导教师于海生教授学科专业名称系统理论论文提交日期2015年4月13日论文答辩日期2015年6月7日答辩委员会主席唐功友教授摘要电动机是电能和机械能的转换设备，它在工农业、民用、国防、航天等领域有着广泛的应用。然而电动机驱动系统是一个典型的非线性系统，也是一个多学科交叉的研究领域，一直是控制界和工程界的研究热点和难点。在科学和工程领域，信号和能量不但是基本的概念和物理量，同时也是思考和研究问题的出发点。一个动态系统是信号变换与能量变换统一体，不仅需要信号控制，而

2、且还需要能量控制。近十几年来，基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）的能量控制方法引起了广泛关注，该方法的优点是具有明确的物理意义，其哈密顿函数可作为Lyapunov函数，可以用来研究系统的不同特性，如稳定性、无源性和有限L增益等。2本论文主要做了如下工作：（1）首先综述了电动机驱动系统的发展现状，包括功率半导体器件和各种控制技术的进展，其中重点是非线性控制。介绍了基于PCHD系统能量控制法的一些基础知识，重点包括稳定性、无源性、耗散性以及能量成形控制的含义，阐述了它们内在的联系。（2）针对异步电动机的速度控制，探讨了当负载扰动和转子电阻因温升而变大的情况下的速度控制。建立了异步电动机的模型

3、，包括三相、两相静止、两相旋转坐标系下的模型，以及PCHD系统模型。然后根据控制目标求取PCHD系统的期望平衡点，最后利用了自适应技术来消除参数变化和L增益原理来抑制外部扰动，增强2了系统的鲁棒性，控制效果良好。（3）针对永磁同步电动机（PMSM）的速度控制，首先建立了PMSM的PCHD系统模型；然后利用了标准变换方法，进行哈密顿系统之间的转换，使得能量成形控制更简洁。最后对于PMSM在运行时受到电机参数不确定性的影响，结合了自适应技术来设计控制器。（4）针对他励直流电动机驱动系统，建立了其PCHD系统模型，为了便于分析将其变换到了状态误差PCHD系统，并且设计了负载观测器来对负载实时估计。

4、控制器不但能实现精确的速度控制，而且也能实现功率因数校正，提高了功率因数，抑制了谐波污染。（5）针对异步电动机参数不确定和负载扰动的情况，采用了滑模L鲁棒控制2方法，利用欧拉-拉格朗日（EL）系统形式的异步电动机模型，分析设计了L增益2扰动抑制控制器。针对PMSM驱动系统，采用了反步法思想，结合了无源控制原理来设计控制器，保证了系统的鲁棒性。1经过理论分析和数字仿真，可以看出基于能量观点的电动机驱动控制方法具有直观、合理、有效等性能；再结合L增益控制、自适应技术和滑模变结构方法，实2现能量和信号的统一、协调控制，使系统的鲁棒性得到明显提高。关键词：电动机驱动；端口哈密顿系统；能量成形；L增益

5、22AbstractMotorsareenergytransformationdevicesbetweenelectricalenergyandmechanicalenergy,whichhavewiderangesofapplicationsintheindustry,agriculture,civil,defense,aerospaceandotherfields.However,themotordrivesystemsaretypicalnonlinearsystems,butalsoaremultidisciplinaryresearchfield,havebecomedifficu

6、ltandhotresearchesforscientistsandengineers.Inthefieldsofscienceandengineering,signalandenergyarenotonlythebasicphysicalconcepts,butalsoarestartingpointsofthinking.Adynamicsystemcanbeviewedasasignalconversionandenergyconversionunity,whichnotonlyneedofsignalcontrol,butalsotheneedofenergycontrol.Inre

7、centyears,basedonenergyshapingcontrolmethodofport-controlledHamiltonianwithdissipation(PCHD)systemhasbeenpaidgreatattention.ThemainadvantagesofthismethodisthattheHamiltonianfunctionoftheclosed-loopPCHDsyste