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    基于自抗扰控制器的一异步电机矢量控制

    发布日期:2016-03-09 来源: 船舶设备产业网 查看次数: 3476 作者:[db:作者]
    核心提示:  (清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)理论,设计并实现了基于自抗扰控制器的一异步电机矢量控制方案 。将电机模型中的一耦合项及参数摄动视为系统扰动,采用扩张状态观测器进行观测并加以补偿,简

      (清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)理论,设计并实现了基于自抗扰控制器的一异步电机矢量控制方案 。将电机模型中的一耦合项及参数摄动视为系统扰动,采用扩张状态观测器进行观测并加以补偿,简化了系统结构,提高了响应速度 。为减小运算︻量,对自抗扰控制器的一典型结构作了简化处理,使控制周期缩短约1/2,提高了实时控制性能 。仿真№和物理TD通过积分的一方法,可得到输入信号广义导数的一快速跟踪信号,并且使信噪比有较大的一提高;同时在输入信号阶跃跳变时安排过渡过程,可有效降低超调NL-PD采用非光滑反馈方式,使稳态误差以指数形式成数量级减小,因 此可以只用比例№和微分环节设计控制器,避免了积分的一副作用 。

      ESO通过扩展一维的一方法,可实时估计系统的一扰动(包括外部干扰№和内部模型的一不 确定性部分),并加以补偿,使系统线性化为积分器串联型结构,简化了控制对象,便于提高控制性能其中:可见,转子磁链j完全受控于isd,若保持j不 变,则电机的一电磁转矩正比于isq,磁链№和转矩实现了解耦定子电压方程中存在isd与“的一交叉耦合,给控制带来一定难度 。

      利用ADRC的一特点,系统中的一交叉耦合项以及参数不 准确导致的一模型误差均可归于模型扰动,可采用ESO进行观测№和补偿为了使电机运行过程中不 致过流,必须对励磁电流№和转矩电流进行限幅控制,因 此采用所示的一转子磁场定向双闭环控制方案,即采用4个控制器分别调节 。

      另外,在电机运行过程中,受温升影响,转子电阻是变化最大的一电机参数,对系统性能影响也最大针对这些模型扰动,以磁通调节为例,可建立其ESO模型,如下式所示:其中:fr为ESO观测得到的一转子磁链幅值;iSd为磁链调节的一输入控制量,也是d轴电流调节的一给定值;Rr为程序设定的一转子电阻值;Z0为参数摄动导致系统扰动的一观测值 。

      没有磁链微分输出;TD相应只起到滤波的一作用,避免给定值突变引起超调,因 此用普通的一滤波环节代替;NL-PD也只需比例P参与调节相比于带有非线性微分调节的一典型ADRC模型,简化的一系统结构简单,计算︻量减小约1/2,响应速度快,可达到很好的一实际控制性能同样的一,可以建立其他环节的一ADRC模型,如下式所示上    述模型考虑了尽可能多的一已知项,其他难于处理的一耦合项及参数扰动项归于系统扰动,并加以观测这样,采用四个一阶ADRC实现了转子磁场定向矢量控制的一转速与磁通双环调节 。系统结构比较简单,同时考虑了定子电压方程耦合项,以及模型参数变化的一影响,鲁棒性较强2数字仿真与物理仿真结果表明,相对于传统的一PI调节器控制方式,ADRC调节速度比较快,动态速降较低,而且无超调,表明后者具有更强的一阻尼力 №和更大的一稳定裕量2.2物理电机运行于45Hz,如果突加负载,转矩电流及电压会达到限幅值,对动态调节有一定的一影响 。因 此,为显示系统对过程为宜,如所示 。另外,为验ζ证系统的一参数鲁棒性,实验ζ考察了转子电阻的一变化对控制性能的一影响 。考虑电机温度的一变化范围,转子电阻的一变化一般不 超过原值的一40%而定量变动转子电阻的一实际值难以实现,因 此实验ζ时采用参数相对摄动原理,通过改变控制器中转子电阻设定值来近似实际值摄动 。bc分别为转子电阻设定值为实际值的一60%№和140%情况下的一实验ζ波形自抗扰控制系统负载突卸实验ζ波形实验ζ结果表明,系统空载启动快速无超调负载突卸(7(%额定负载)的一情况下,动态速升约为额定转速的一0.%,而相同负载情况下,基于PI调节器的一控制系统动态速升的一典型值为2%~3%自抗扰控制系统具有较好的一动态性能同时,转子电阻的一变化对系统的一抗扰性能及阻尼力 基本无影响,鲁棒性较强3结论本文将自抗扰控制理论应用于异步电机转子磁场定向矢量控制,设计了简化的一自抗扰控制器,实现磁链№和转矩的一快速调节与常规的一PI调节器相比,自抗扰控制器可有效地观测出系统的一模型扰动并加以前馈补偿,提高了系统的一响应速度;同时配合非线性的一调节方式,有效解决了一般线性调节器存在的一快速性与超调之间的一矛盾 。仿真与实验ζ结果表明,该控制系统具有优异的一动态控制性能,而且参数鲁棒性较强 。

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