基于自抗扰观测器的永磁同步电驱动系统高性能控制算法研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hrz2009
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永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、效率高、功率因数高、起动转矩大、体积小、力能指标好等显著优点,被广泛的配置于新能源汽车电驱动中。矢量控制的提出,使得永磁同步电机调速性能实现了质的跨越。矢量控制技术将定子电流分解为励磁和转矩分量,从而实现对磁通和转矩的独立控制,然而,由于电感和数字控制延迟的影响使得d、q轴两个子系统之间存在控制上的交叉耦合,尤其是在动态过程或高频运行中。由于交叉耦合效应,在一个控制子系统中发生的任何动态都不可避免地会给另一个子系统带来扰动,延长动态响应过程,降低系统性能。因此,研究永磁同步电驱动系统的高性能控制算法具有重要意义。本文研究主要围绕永磁同步电驱动系统电流环解耦、扰动抑制等控制算法展开,以期全面提升电流环的运行性能,进而促进电驱动系统运行性能的全面提升。对此,本文的主要研究工作如下:1)首先建立了永磁同步电机的基本数学模型,介绍了永磁同步电机矢量控制策略以及电流调节器设计。2)其次引入复矢量的分析方法,建立了永磁同步电机的复矢量模型,推导出了系统的传递函数,从理论分析了电流耦合及延时问题。针对以上问题,画出了采用不同解耦策略系统的闭环零极点分布图和伯德图,从而对几种解耦控制策略的解耦特性进行分析讨论。相比前馈解耦控制和反馈解耦控制,内模解耦控制,偏差解耦控制和复矢量解耦控制具有较强的鲁棒性。3)最后针对常规扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)中fal()函数在切换点处的增益突变问题,提出了一种具有连续可微特性的非线性函数,在优化fal()函数“大误差小增益,小误差大增益”特性的同时,克服了其增益在切换点处的突变问题,且所提非线性函数具有统一表达式,避免了切换点判断。并在此基础上提出了一种基于增益连续ESO的电流解耦控制方案。该方法通过ESO获得了电阻压降、交叉耦合、以及其它确定和不确定因素所引起扰动的综合观测和补偿,提高了电流解耦效果以及系统的抗干扰能力。论文对ESO参数选择、系统稳定性等进行了讨论。4)基于MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台,对所提方案进行了仿真和实验验证。
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