永磁同步电机分数阶滑模控制技术研究
发布时间：2020-06-22 06:26
【摘要】：永磁同步电机由于具有体积小、效率和功率密度高,可靠性好等优点,在风能发电、轨道交通等领域越来越普及,而滑模控制因其较强的鲁棒性和抗干扰能力,已成为电机控制系统的重要选择。为了能够更好的对永磁同步电机进行高精度的鲁棒控制,滑模控制技术的改进是一个重要的研究课题。分数阶滑模控制继承了分数阶微积分和滑模控制的双重优点,成为分数阶理论研究的重要分支,也为改进滑模控制技术提供了一个方向。本文以永磁同步电机的速度和位置跟踪控制为背景,利用分数阶微积分理论设计滑模控制器和滑模观测器,同时对分数阶滑模控制理论的相关问题进行分析。在滑模控制器方面,针对传统终端滑模可能出现的奇异和收敛时间未达到最优等问题,提出一种分数阶非奇异终端滑模控制律,利用分数阶微积分理论证明其具有有限时间收敛特性。为提高永磁同步电机对负载扰动的抑制能力,采用分数阶积分滑模面,设计出一种含有负载转矩观测值的分数阶非奇异终端滑模速度控制器,并且利用模型参考自适应滑模观测器得到负载转矩观测值。为提高永磁同步电机的转子位置控制精度,采用分数阶PIαD滑模面,设计一种分数阶自适应滑模位置跟踪控制器,其中滑模控制的参数采用带有阈值的自适应律进行调节,与传统滑模和自适应滑模相比,加快了位置跟踪的响应速度,且误差较小。在传统滑模趋近律的基础上,引入分数阶微分算子,分析分数阶趋近律的结构特点及控制性能,将其应用到永磁同步电机的速度控制器上,分析滑模趋近律的分数阶阶次和分数阶滑模面的阶次对速度的动、静态性能影响。另外,在无传感器控制方面,在传统滑模观测器基础上,引入分数阶微积分算法,提出一种抖振小、精度高的分数阶滑模观测器,并证明其稳定性,分析分数阶滑模观测器比传统滑模观测器抖振小的原因,接着采用分数阶锁相环对转子和位置进行提取,该方法简单可靠,具有较好的动、静态观测精度;在此种设计思路上,将分数阶趋近律应用到滑模观测器上,、同样取得较好的效果。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341
【图文】：
逑在式（２．１５）的情况下系统状态才能如ｒａ—样，渐进的趋近零点。逡逑根据分数阶系统的稳定性质（式２．１５），可以得到分数阶系统的稳定区域，如图２．１逡逑所示。逡逑ｉ逡逑—一—稳定区域＿－－—不稳定区域ｉ——？逡逑＼邋ｖＴ＞＾／逡逑＼邋｜邋Ａ逡逑图２．１分数阶系统的稳定区域逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｂｌｅ邋ｒｅｇｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ邋ｏｒｄｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍｓ逡逑２．１．３分数阶微积分Ｌａｐｌａｃｅ变换逡逑众所周知，由于分数阶微积分方程的解析解和数值仿真不像整数阶微分方程那样简逡逑单，因此拉普拉斯变换法通常被用来作为解决工程中出现的问题的工具。逡逑（１）逦Ｇ－Ｌ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑４。ＡＶ（０］邋＝逦。ｆ邋尸⑷逦（２．１６）逡逑（２）逦Ｒ－Ｌ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑乙⑴出尸⑴⑴邋１邋一。逦（２－１７）逡逑ｋ＝０逡逑（３）逦Ｃａｐｕｔｏ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑Ｌ［邋？邋ＡＶ（0］邋＝邋ｅ＂＂邋0Ｄ＾ｆ｛ｔ）ｄｔ＝ｓａＦ｛ｓ）邋－邋Ｘｓａ－ｋ＇＼ｆｋ邋（０）逦（２．１８）逡逑ｋ＝０逡逑由式（２．１６）？（２．１８）可知，对零初始条件下，三种定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ逡逑变换相同，为：逡逑Ｌ［０Ｄ：ｆ（ｔ）］邋＝邋ｓａＦ（ｓ）逦（２．１９）逡逑１２逡逑
图２．２基于Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ方法拟合严的波特图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋Ｂｏｄｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｉｔｔｉｎｇ邋ｓ０邋５邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑由图２．２的波特图可以看出，当频率为ｌｒａｄ／ｓ时，幅值为ＯｄＢ，随着Ｎ的X椉樱阱义夏夂掀德史段冢惴ū平咏硐氲姆岛拖辔唬墒剑ǎ玻玻保┛芍馐且蕴岣咤义霞扑闱慷任郏玫搅烁玫哪夂稀ｅ义希玻└慕模希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鞣ㄥ义嫌赏迹玻部芍希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鞣ㄔ谀夂掀德识危ǎ保埃常龋保埃常龋┑谋呓缒夂闲Ч义喜惶硐耄瞬ㄆ鞯姆肿雍头帜附状问窍嗤模梢远裕希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鹘懈慕义系慕模希酰螅簦幔欤铮酰鹚惴ㄖ宦悖埃浚敝浣状蔚姆质孜⒎炙阕拥哪夂希夷夂掀德实腻义舷陆绾蜕辖缭诼阗ぁ叮澹藉澹笔保呓缒夂闲Ч虾谩８盟惴ㄊ怯梅质状莺频汲鲥义戏质孜⒎炙阕樱＝票泶锸降模倘缦拢哄义希耍ǎ螅藉危澹保罚罚蓿颍危ǎ玻玻玻╁义希斟澹椋洌欤猓
本文编号：2725324
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341
【图文】：
逑在式（２．１５）的情况下系统状态才能如ｒａ—样，渐进的趋近零点。逡逑根据分数阶系统的稳定性质（式２．１５），可以得到分数阶系统的稳定区域，如图２．１逡逑所示。逡逑ｉ逡逑—一—稳定区域＿－－—不稳定区域ｉ——？逡逑＼邋ｖＴ＞＾／逡逑＼邋｜邋Ａ逡逑图２．１分数阶系统的稳定区域逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｂｌｅ邋ｒｅｇｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ邋ｏｒｄｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍｓ逡逑２．１．３分数阶微积分Ｌａｐｌａｃｅ变换逡逑众所周知，由于分数阶微积分方程的解析解和数值仿真不像整数阶微分方程那样简逡逑单，因此拉普拉斯变换法通常被用来作为解决工程中出现的问题的工具。逡逑（１）逦Ｇ－Ｌ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑４。ＡＶ（０］邋＝逦。ｆ邋尸⑷逦（２．１６）逡逑（２）逦Ｒ－Ｌ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑乙⑴出尸⑴⑴邋１邋一。逦（２－１７）逡逑ｋ＝０逡逑（３）逦Ｃａｐｕｔｏ定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ变换为：逡逑Ｌ［邋？邋ＡＶ（0］邋＝邋ｅ＂＂邋0Ｄ＾ｆ｛ｔ）ｄｔ＝ｓａＦ｛ｓ）邋－邋Ｘｓａ－ｋ＇＼ｆｋ邋（０）逦（２．１８）逡逑ｋ＝０逡逑由式（２．１６）？（２．１８）可知，对零初始条件下，三种定义的分数阶微分的Ｌａｐｌａｃｅ逡逑变换相同，为：逡逑Ｌ［０Ｄ：ｆ（ｔ）］邋＝邋ｓａＦ（ｓ）逦（２．１９）逡逑１２逡逑
图２．２基于Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ方法拟合严的波特图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋Ｂｏｄｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｉｔｔｉｎｇ邋ｓ０邋５邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑由图２．２的波特图可以看出，当频率为ｌｒａｄ／ｓ时，幅值为ＯｄＢ，随着Ｎ的X椉樱阱义夏夂掀德史段冢惴ū平咏硐氲姆岛拖辔唬墒剑ǎ玻玻保┛芍馐且蕴岣咤义霞扑闱慷任郏玫搅烁玫哪夂稀ｅ义希玻└慕模希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鞣ㄥ义嫌赏迹玻部芍希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鞣ㄔ谀夂掀德识危ǎ保埃常龋保埃常龋┑谋呓缒夂闲Ч义喜惶硐耄瞬ㄆ鞯姆肿雍头帜附状问窍嗤模梢远裕希酰螅簦幔欤铮酰鹇瞬ㄆ鹘懈慕义系慕模希酰螅簦幔欤铮酰鹚惴ㄖ宦悖埃浚敝浣状蔚姆质孜⒎炙阕拥哪夂希夷夂掀德实腻义舷陆绾蜕辖缭诼阗ぁ叮澹藉澹笔保呓缒夂闲Ч虾谩８盟惴ㄊ怯梅质状莺频汲鲥义戏质孜⒎炙阕樱＝票泶锸降模倘缦拢哄义希耍ǎ螅藉危澹保罚罚蓿颍危ǎ玻玻玻╁义希斟澹椋洌欤猓
本文编号：2725324
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2725324.html
教材专著
