基于降维观测器的异步电动机模糊自适应控制

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近年来,异步电动机因其运行性能稳定,结构简单,能够适应复杂环境的特性在交流传动控制领域获得广泛应用。为获取电机转子的速度信息,通常采用将传感器安装于电机转轴的方式,导致了系统成本的提高,使简单的异步电动机系统变得复杂,电机的运行可靠性受到影响。同时,异步电动机自身的强耦合、高非线性等特点也进一步增加了控制的难度。随着电机调速控制的发展,基于电力电子技术及控制理论的先进电机控制策略被相继提出。为改善异步电动机系统的动静态性能,滑模变结构控制、自适应控制和反步控制等方法已被应用于电机控制领域,控制效果显著。本文针对异步电动机的结构特点,为解决上述问题,设计了一种降维观测器与模糊逻辑系统、反步控制相结合的方案。设计降维观测器用来估计电机转轴的角速度,以避免电机转轴上传感器的使用。异步电动机模型中的非线性未知函数,采用模糊逻辑系统逼近处理,最终通过反步控制构造出控制器。论文的主要研究成果如下:第一,研究了异步电动机控制策略的发展状况,并详细介绍了几种常用的先进控制策略。第二,基于观测器技术和模糊控制理论,研究了一类SISO严格反馈非线性系统的跟踪控制策略。通过设计观测器来估计系统的状态变量,利用模糊逻辑系统逼近未知非线性函数,并采用反步法构造模糊自适应控制器,最后分析了系统的稳定性。第三,针对异步电动机模型,设计了一种新型的模糊自适应控制器。设计降维观测器来估计电机转子角速度,系统中的未知非线性函数用模糊逻辑系统进行逼近处理,最后采用反步法构造模糊自适应控制器。仿真结果验证了该控制方法的有效性。第四,基于观测器技术和模糊控制,设计了考虑铁损的异步电动机的模糊自适应控制器。利用模糊逻辑系统逼近异步电动机传动系统中的非线性函数,通过设计降维观测器估计系统中的状态变量,同时采用反步法设计系统的控制器。所设计的控制器只包含一个自适应参数,且结构简单,在实际应用中易于实现,保证系统中所有信号都是有界的。仿真结果验证了该控制策略能够克服未知参数和负载扰动的影响,具有很好的鲁棒性。
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