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1、现代控制理论在电力电子与电力传动中的应用自适应控制在电机调速系统中的应用摘要：自适应控制作为现代控制理论的一个分支，在电机调速系统中起着重要的作用。特别是在磁场定向解耦控制中，通过自适应控制或校正技术将能够确定磁场位置和大小，保证磁场与转矩的解耦控制。本文从电机的动态模型和状态方程出发，阐明电机参数随工作点变化而呈现的不确定性的特点，着重介绍了自适应控制或校正算法的原理和方法应用。关键词：现代控制理论；交流电机；交流传动；状态方程；自适应控制Modern Control Theory and Speed Adjustment of AC Motor Abstract:Asabranch of
2、modern control theory,the self-adaption control plays an important role in the motor speed-adjustment system.Especially in the field-orienting decoupling control,the field poistion and amplitute could be defined correctly through self-adaption control or correction technology,so as to ensure the dec
3、oupling control of field and torque.Starting from the dynamic model and status formula of the motor,the uncertainty characteristic of the parameters changing with the working points is presented.Emphasis is put on the principle and method application of the self-adaption and correction algorithm.Key
4、Words:modern control theory;AC motor;AC drive;status equation;self-adaptive control 0 引言目前的电气传动中，使用的控制器大多数都是PI 或 PID 调节器，但它们的效能由于系统中的非线性而下降。实际出现的一些情况限制了线性控制器在电机调速和电力电子领域中的应用：1）系统的不确定性，包括受控对象结构或参数的不确定性。在电机调速系统中，电机一般可以建模，但可能未知参数或参数随工作点变化。2）非线性的影响，除了电机本身的非线性以外，电机中的磁饱和也是难以模拟的非线性效应。此外，开关中也存在这导致非线性的因素，如死区
5、、延时等。3）带宽的影响。现代控制理论是很复杂的，对一个实际系统可以从不同的角度对其进行研究：（1）从物理系统有：连续的或离散的、线性或非线性的、定常或时变的、单变量或多变量的、集总参数或分布参数的、确定性的或随机性的。（2）从控制目标有：快速响应、精度、稳定性、鲁棒性、优化等。（3）从控制结构有：开环、闭环反馈或正馈、自适应、滑膜变结构或只能控制等。（4）从设计方法有：控制、估算或辨识、观测器等。1 交流电机调速控制中应用现代控制理论的依据1960 年以后发展起来的现代控制理论的基础，是用状态方程描述动态系统，如式（1），它既适用于线性系统，也适用于非线性系统。而状态变量就是确定动态系统行为
6、的微分方程的因变量。.(),(),0 x tfx tu ttt（1）式中：.x t是1x 到nx 的共 n 个状态变量的集合，称为状态矢量；u t 是激励电压矢量。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -1.1 三相交流异步电机的模型若考虑转子短路的情况，在线性磁路和所有互感都相等的前提下，若选择si、si、r、r作为状态空间变量，那么交流异步电机的动态行为可以用如下的5 阶模型表示，即22rrsrssrmrs22srsrsrr22srrsrsrmrs22srsrsrrrrrsrmrrrrrrsrrr11L RL RL RpLdiiudtL LL LL LLdi
7、L RL RL RpLiudtL LL LL LLR LdRidtLLdR LRidtLLmrmLrsrsmrmpLdMiidtJ LJ（2）式中：L、rL、sL 分别为主电感、转子电感和定子电感；LM为负载转矩；mJ为惯性转矩；m为电机转速；m为机械转速。1.2 交流电机动态方程的不确定性交流电机动态方程具有确定的形式，其中的各种参数与电机的工作点虽有密切关系，但具有不确定因素。定子和转子电阻sR、rR 随工作状态变化，特别是随绕组温度的上升或下降而增、减。在高频或逆变器输出饱含谐波的情况下，电阻值还受导体中集肤效应的影响。在稳态工作时，定子和转子电阻是随时间变化的，即sRft、rRf t。
8、研究表明，由于磁路饱和，把主电感L 表示为定子磁通的函数即Lf是合适的，这能准确的反应电机工作状态改变的影响。如图1 所示。同时，交流异步电机的漏电感L与电流有关，而与定子磁通的大小没有关系，图2表示漏感与转子电流的关系。ry为标么电流，1L是根据比较模型和实际电机之间的转子电流的原理进行测定的，而2L是按双频率法测定的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -由于稳态工作时转子回路的频率很小，漏电感L与定子电流之间的相关性是非常有限的，如图3 所示。综上所述，多相交流电机是一个多输入、多输出的时变非线性系统，严格地说，主电感和漏电感还是一个与几何位置有关的分布
9、参数。在对称结构的电机中，把它们看成是集总参数对分析结果不会产生很大的影响。目前，在设计电机的控制系统时，基本上有两类方法：一是把所有参数设定为已知值，然后按定常系统处理，而对参数与工作状态的关系通过自适应技术随时加以修正，转子磁链定向或定子磁链定向的解耦控制就属于这一类；另一种则是基于系统模型或模型参数的不确定性，利用现代控制理论和技术进行处理。2非线性系统稳定性的判断既然很难求出非线性时变系统动态方程的显式解，那么可以从定性的角度来研究这些解，其中最重要的就是稳定性的分析。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -对于上述系统.,xfx u t，若 u=0 时，存在一个ex 并满足e,0fxt（3）则ex 就是该系统的一个稳定状态。与线性系统不同的是，非线性系统有若干个而不是仅有一个平衡状态。系统受到扰动而偏离平衡状态，随即保持在平衡状态附近的小范围内运动，或者系统受扰动后引起的暂态现象逐渐衰减并回到初始状态，则说明系统时稳定的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -