异步机系统的自适应控制1

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1、异步机系统的自适应控制福州大学电气系（福州350002)赵晶陈冲[摘要]本文对异步机微分几何法控制系统，提出简单的转子参数辨识算法，同时采用一种新的调节器，并给出相关的结构图及仿真结果。关键词：感应电动机，解耦，辨识，自适应，调节器，参数寻优，仿真1、引言交流传动系统，由于其对象的多变量、强耦合、非线性的特点，给系统控制带来一定困难。非线性微分几何法控制策略的应用，有效解决了交流传动系统的解耦控制和完全线性化。但它控制的准确性、,快速性、依赖于电机参数，其中转子参数随温度变化显著，将破坏系统的解耦性，使系统的动、静态性能恶化。本文将介绍采用转子时间常

2、数自适应的异步机非线性解耦控制策略，同时结合单纯型加速法，对系统调节器参数进行优化。2、系统的反馈解耦控制及完全线性化在同步旋转的d-q坐标系中，异步机动态数学模型被描述成下面的五阶非线性状态方程：令：x1=iD;x2=iQ;x3=ψr;x5=;x5=ωr;u1=uD;u2=uQ;u3=ω1;y1=x3;y2=x5;y3=x4则(1)其中:iD,iQ:定子d,q两相电流;ψr:转子磁链幅值;:转子磁链相对d轴的相位角;ωr:转子旋转角速度;ω1:定子旋转角速度;uD,uQ:定子d,q两相电压;TL:负载转矩;J:系统转动惯量;nP:电机极对数;Lm:

3、定,转子间互感;r1,r2:定,转子电阻;Tr:转子励磁时间常数;Lr:转子自感;系统（1）是定义在五维流型的仿射非线性系统，由于它分别满足解耦和完全线性化的条件，于是可以得到简化后的非线性状态反馈解耦控制规律及两个互相独立的单变量子系统[1]。两个子系统可用框图表示为：4AψR--PIψr2*ψr2V1K1（T1s+1）（T2s+1）（a）磁链子系统ωrASR--PIK2T3s+11/snp/jTLV2—ωr*（b）转速子系统图1闭环子系统框图3、辨识算法的提出虽然微分几何法的或者策略有效的解决了异步机传动系统的解耦控制与线性化问题，但它控制的准确

4、性,仍受到电机参数直接影响。通常这些参数值是预先给定的，但在实际运行中会发生变化，尤其是转子电阻r2随温度变化，对系统性能影响较大[2]。于是，要精确地对调速系统力矩进行控制，提高系统过渡响应性能，转子参数变化带来的影响是不能忽略的。所以，有必要对系统转子参数的变化进行校正。在这里，我们忽略电机磁饱和，采用无功功率的模式，根据系统的稳态性能模型，来辨识转子电阻R2[2]。辨识算法可表示为：设：；；于是，（2）在控制过程中，根据辨识出的转子电阻的实际值，实时改变转速与磁链调节器的参数，调整状态反馈控制规律，实现自适应的控制。4、调节器的设计根据调速系统

5、要求，按二阶工程设计法[3]，磁链调节器用PI算法，把励磁子系统设计为典Ⅰ型，超调量σ﹪<5﹪。降低系统的超调量，避免启动及给定急剧变化带来的冲击，转速调节器采用伪微分反馈的控制结构（简称PDF），该算法的特点是前向通道引入单一的积分环节KI/S，确保系统闭环响应中不存在静差；反馈部分由KP和KDS组成，比例、微分环节是对较平缓的输出信号作用的，不存在传统PID控制中的微分突变现象，并能减小e2（t）的陡峭变化，提高系统的动态性能。所以，这种方案具有较好的控制效果，弥补了上述常规PID调节器的不足。于是调节器参数选择的正确与否，对系统性能影响很大。因

6、此，我们利用优化设计方法中的单纯型加速法，借助Matlab软件的控制工具箱和优化工具箱中的相关指令，对调节器的参数进行优化（将另文介绍）。以查表的形式，完成转速子系统中对象的控制任务。5、系统仿真转子参数自适应控制系统的仿真框图为：4ωr图2转子参数自适应控制系统的仿真框图由于辨识算法式（2）的推导是以系统的稳态模型为前提，为保证算法能正确的执行，降低额外的干扰，采用了零阶保持器，经调试，采样周期取为0.07s。同时，为了得到稳定的输出，提高辨识精度，加入带有循环队列的滑动平均值算法的数字滤波器。它适用于系统对数据计算速率要求较高的场合。因为，转子电

7、阻随温度的变化较为缓慢，因此，在仿真中，用一次函数近似模拟该变化曲线。以转子电阻偏离+30%为例，参数辨识的结果为：表1No.123456t6.004524.2206.074324.2206.138424.2206.199924.2206.264724.2206.325424.347r2No.789101112t6.388324.5166.450824.7286.515224.9826.580025.2796.644925.2796.701525.618R2No.....2425262728t........7.404629.1307.450929.

8、4697.513229.8087.582130.1457.658030.457R2No.2930313233