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基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制

基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制

作者:www.hcdianji.com    来源:www.hcdianji.com    发布时间:2019-01-08 20:57    浏览量:

聊城市昊成电机有限公司小编为您整理分享,如有侵权请联系客服删除: (清华大学马达工程与应用电子技术(Technology)系,北京100084)理论,设计并实现了基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制方案(plan)。昊成电机按起动与运行方式可划分:电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。三相异步电动机电动机应妥善接地,接线盒内右下方有接地螺钉,必要时也可利用电动机的底脚或法兰盘固定螺栓接地。三相异步电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
将电机模型(model)中的耦合(Coupling)项及参数摄动视为系统扰动,采用扩张状态观测器进行观测并加以补偿,简化了系统结构,提高了响应速度。为减小运算量,对自抗扰控制器的典型结构作了简化处理(processing),使控制周期缩短约1/2,提高了实时控制性能。仿真和物理TD通过积分的方法,可得到输入信号广义导数的快速跟踪信号,并且使信噪比有较大的提高;同时在输入信号阶跃跳变时安排过渡(transition)过程,可有效降低超调NL-PD采用非光滑反馈方式,使稳态误差以指数形式成数量级减小,因此可以只用比例和微分环节设计控制器,避免了积分的副作用。
  ESO通过扩展一维的方法,可实时估计系统的扰动(包括外部干扰和内部模型(model)的不确定性部分),并加以补偿,使系统线性化为积分器串联型结构(Structure),简化了控制(control)对象,便于提高控制性能(xìng néng)其中:可见,转子磁链j完全受控于isd,若保持j不变,则电机的电磁转矩正比于isq,磁链和转矩实现了解耦定子电压(voltage)方程中存在isd与“的交叉耦合,给控制带来一定难度。
  利用ADRC的特点,系统(system)中的交叉耦合项以及参数不准确导致的模型(model)误差均可归于模型扰动,可采用ESO进行观测和补偿为了使电机运行过程中不致过流,必须对励磁电流和转矩电流进行限幅控制(control),因此采用所示的转子磁场定向双闭环控制方案,即采用4个控制器分别调节(adjust)。
  另外,在马达运行过程中,受温升影响,转子(rotor)电阻是变化最大的电机参数,对系统性能影响也最大针对这些模型(model)扰动,以磁通调节为例,可建立其ESO模型,如下式所示:其中:fr为ESO观测得到的转子磁链幅值;iSd为磁链调节的输入控制(control)量,也是d轴电流调节的给定值;Rr为程序设定的转子电阻值;Z0为参数摄动导致系统扰动的观测值。
  没有磁链微分输出;TD相应只起到滤波的作用(role),避免给定值突变引起超调,因此用普通的滤波环节代替;NL-PD也只需比例P参与调节相比于带有非线性微分调节的典型ADRC模型,简化的系统结构简单,计算量减小约1/2,响应速度快,可达到很好的实际控制性能同样的,可以建立其他环节的ADRC模型,如下式所示上述模型考虑了尽可能多的已知项,其他难于处理的耦合(Coupling)项及参数(parameter)扰动项归于系统扰动,并加以观测这样,采用四个一阶ADRC实现了转子磁场定向矢量控制的转速与磁通双环调节。系统结构比较简单,同时考虑了定子电压方程耦合项,以及模型参数变化的影响,鲁棒性较强2数字仿真(simulation)与物理仿真结果表明,相对于传统的PI调节器控制方式,ADRC调节速度比较快,动态速降较低,而且无超调,表明后者具有更强的阻尼力和更大的稳定裕量2.2物理马达运行于45Hz,如果突加负载,转矩电流及电压会达到限幅值,对动态调节有一定的影响。因此,为显示系统对过程为宜,如所示。另外,为验证(Experimental)系统的参数鲁棒性,实验(experiment)考察了转子电阻的变化对控制性能的影响。考虑电机温度(temperature)的变化范围
转子电阻的变化一般不超过原值的40%而定量变动转子电阻的实际值难以实现,因此实验时采用参数相对摄动原理(Maxim),通过改变控制器中转子电阻设定(shè dìng)值来近似实际值摄动。bc分别为转子电阻设定值为实际值的60%和140%情况下的实验波形自抗扰控制系统负载突卸实验波形实验结果表明,系统空载启动快速无超调负载突卸(7(%额定负载)的情况下,动态速升约为额定转速的0.%,而相同负载情况下,基于PI调节器的控制系统动态速升的典型值为2%~3%自抗扰控制系统具有较好的动态性能同时,转子电阻的变化对系统的抗扰性能及阻尼力基本无影响,鲁棒性较强3结论本文将自抗扰控制理论应用于异步电机转子磁场定向矢量控制,设计了简化的自抗扰控制器,实现磁链和转矩的快速调节与常规的PI调节器相比,自抗扰控制器可有效地观测出系统的模型扰动并加以前馈补偿,提高了系统的响应速度;同时配合非线性的调节方式,有效解决了一般线性调节器存在的快速性与超调之间的矛盾。仿真与实验结果表明,该控制系统具有优异的动态控制性能,而且参数鲁棒性较强。
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