基于不确定干扰估计器的控制及永磁同步电机驱动应用研究

作     者：任建俊 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶永强;薛雅丽

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：不确定系统 干扰估计与抑制 不确定干扰估计器 永磁同步电机 转速调节 自适应 电流控制 双带宽参数化 参数整定 鲁棒性 

摘      要：如何消除模型不确定性和干扰的影响,是控制系统设计中的一个核心问题。基于干扰估计和补偿的干扰主动控制方法以其简单、直接的控制思想得到了学术界和工业界越来越多的关注。近三十年来,干扰主动控制无论在理论还是应用方面都取得了可喜的成果,并与滑模控制、随机控制等相互融合给这些控制流派注入了新的活力。但值得指出的是,目前的干扰主动控制在理论完整性和工程易用性等方面均有待深入研究。本文以干扰主动控制的一个新分支——基于不确定干扰估计器的控制(UDEBC)及其永磁同步电机(PMSM)驱动应用为主题,分别从理论分析、数值仿真和实验验证三个方面对其进行了全面深入的研究,取得了一些具有重要工业应用前景的创新性研究成果。1)系统地阐述了UDEBC的核心思想、基本设计流程、结构约束条件、控制结构及其稳定性,并且指出了UDEBC所包含的PI调节器的增益能够双带宽参数化,即Kp和Ki能表示成两个带宽参数(即期望的闭环系统带宽α和集总干扰带宽β)的代数表达式,为工程化的控制参数整定奠定了理论基础。2)分析了UDEBC二自由度本质及其控制性能的局限性,指出了控制结构中所包含的模型逆的准确性是提升系统性能的关键所在。借鉴自适应鲁棒控制(ARC)的设计思想,提出了一种简单的自适应干扰主动控制框架以及两种具体设计实现方案:反馈自适应补偿和前馈自适应补偿。与传统的UDEBC方法相比,该方法能够提供更高的稳态跟踪精度。同时,该控制方法所具备的简单参数整定算法使其比ARC更易于工业推广应用。针对电机转速调节系统的数值仿真结果验证了所提出的自适应干扰主动控制方法的有效性。3)首次将UDEBC方法成功应用到PMSM电流控制中,提出了一种双带宽参数化的鲁棒电流控制结构及其参数整定方法,建立了电流响应性能与待整定参数之间明确的数学对应关系,突破了国际上目前流行的基于模型的参数整定和基于经验的试凑方法的局限性,实现了单调的参数优化整定效果。一系列对比实验结果有力地证明了所提出的电流控制方案具有对模型参数变化更强的鲁棒性以及更简单、直观和灵活的参数整定过程。