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开关磁阻电机的滑模变结构控制黄操,张奕黄

时间:2017-11-13 14:12:00   来源:本网   添加人:admin

  system)是20世纪80年代兴起的一种新型调速系统,它是将电机技术、电力电子技术和控制技术合为一体的新型调速驱动系统。开关磁组电机SRM(SwitchedReluctanceMotor)与传统直流、交流电机相比,具有结构简单、运行可靠、效率高等优点。

  但是,由于开关磁阻电机的双凸极结构,磁场分布严重非线性。绕组电流的非正弦与磁通密度的高饱和是SRM运行的2个特点。这种非线性结构给SRM的控制器设计带来难度,使用经典线性的控制思想设计的控制器,如比例积分PI(Proportional-Integral)控制等,己经不能满足要求了。

  Slidingmode)在电机调速系统中的应用日益普遍。它既可以用于线性系统,也可以用于非线性系统。滑模变结构的一大优点是其滑动模态对系统所受的干扰及系统参数的非线性具有较好的自适应性和鲁棒性。

  将VSS应用于SRD中,这种控制方法在动态条件下能避开参数对电机动态性能的影响,并对外界的干扰不敏感。而且在无需知道电机精确模型的情况下可有效克服转矩脉动。

  1VSS原理变结构控制可以分为2类:一类是不产生滑动模态的控制,另一类是产生滑动模态的控制。所谓滑动模态就是通过不间断地来回切换控制量,系统总是电力自动化设备bookmark2滑模控制的相轨迹图约束在切换面上,然后系统的状态变量自动地滑到原点。目前研究较多的是滑模变结构控制。

  以二阶系统为例,是滑模控制的系统相轨迹图。设系统状态变量为给定值与反馈值之间的偏差,而状态变量x2为的导数,则中的原点就是系统状态变量的终点。

  开关线由这些状态变量构成,它确定了状态到达终点的路径。设开关线为Ssc+c.在系统状态变量从起始点A运动碰到开关面(S=0)之前的AB段为线性控制,控制回路的结构维持固定,然后控制回路的结构被自适应地调整变化,使系统状态沿着开关线一直滑动到终点C,即BC段为滑模控制。这种结构的变化通过开关的作用实现,其中与各状态有关的反馈系数自适应地变化。在滑动时系统的状态轨迹由开关面的参数确定,因此对系统控制对象的参数波动变得不敏感。

  VSS所要解决的基本问题如下:满足可达性条件,切换线以外任意状态点都将于有限时间内到达切换线;2开关磁阻电机的离散VSS设计VSS在理论上,主要是针对连续系统模型。因为只有理想的连续VSS,才可由具有切换逻辑的变结构控制产生等效滑模控制。然而,实际工作中,进行仿真研究与计算机实时控制均为离散系统。所以离散系统变结构控制的研究与设计,就成为变结构控制理论与应用的一个重要组成部分。

  2.1建立系统状态方程开关磁阻电机的调速系统有速度环和电流环2个环,本文只是在速度环采用了变结构控制。

  已知系统的机械运动方程为数;Tl为负载转矩。

  则可写出系统的状态方程为即线性函数,因此上式组成的系统是非线性系统。

  令14=队可得:u写成X=AX+Bu的形式,得:文1形如求出上面的矩阵并代入,可得:2.3选取切换函数设切换函数为由广义滑模的存在性和可达性,可得约束条件:则离散化后需满足:即S(k)>0S(k)<0若采用指数趋近率则有只要满足上式条件,滑模运动的存在性和可达性就是满足的。

  2.4选择控制率且代入可得:因此,实际的控制量为2.5等效控制及理想滑模运动的稳定性系统在开关线上的运动称为理想滑模运动。此时有199‘由于转矩的导数项不能表示为状态变:量的hhgHouse.Allrights十1)则理想滑模运动时的等效控制率为入因此,只要0<模运动就是稳定的。

  最后就是编写程序实现上面的离散VSS的算法为负载恒定时的转速、转矩曲线,为负载变化时的转速、转矩曲线。由图所示波形可知:无论负载是恒定还是变化,转速总能跟随且动态响应也很快。可见系统具有良好的动、静态性能。

  (a)转速曲线(b)转矩曲线负载恒定时的转速、转矩曲线通过实验,可得出如下的结论:将滑模变结构控制应用于开关磁阻电机中,可以有效地抑制电机的转矩脉动,并且当参数变化时仍能有较强的鲁棒性以及较快的动态响应。