您现在的位置是：首页 > 技术资料 > 异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

推荐星级：

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

更新时间：2019-12-25 08:49:09 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：异步电机 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

为实现异步电机的高性能控制,提出了一种基于全分数阶PIλDμ控制器的矢量控制系统设计方法.根据分数阶控制器的数学特征,确定矢量控制系统中分数阶电流环控制器和分数阶电压环控制器的形式;根据相位裕量、幅值及增益鲁棒性准则求出分数阶控制器的参数;在数值仿真中,采用Oustaloup递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化,对比了同样设计标准下整数阶控制器和分数阶控制器在横转速、转速变化和负载突变下的动态性能.对所提控制方法进行了实验验证,结果表明:相较于采用整数阶PID控制器系统,采用电流转速双闭环全分数阶PIλDμ控制器系统的跟随性能和抗扰性能更优,使用分数阶的矢量控制系统能使阶跃响应的超调量和调节时间分别下降24.84％和7.35％,在输入变化的系统中分数阶的动态降落为整数阶的22.5％.研究结果表明,所提分数阶控制器的设计方法可用于异步电机高性能矢量控制系统.

部分文件列表

文件名	大小
异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现.pdf	1M

立即下载

【关注B站账户领20积分】

部分页面预览

（完整内容请下载后查看）

V01．51 No．3

Mar．2017

第51卷第3期

西安

交

大

通

学学

报

OF XI’AN UNIVERSITY

JIAOTONG

2017年3月

JOURNAL

DOI：10．7652／Xjtuxb201703019

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

徐益飞，张鹏，张博，邱东，唐千龙，沈传文

(西安交通大学电气工程学院，710049，西安)

摘要：为实现异步电机的高性能控制，提出了一种基于全分数阶P13p控制器的矢量控制系统设

计方法。根据分数阶控制器的数学特征，确定矢量控制系统中分数阶电流环控制器和分数阶电压

环控制器的形式；根据相位裕量、幅值及增益鲁棒性准则求出分数阶控制器的参数；在数值仿真中，

采用Oustaloup递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化，对比了同样设计标准下整数阶控

制器和分数阶控制器在横转速、转速变化和负载突变下的动态性能。对所提控制方法进行了实验

验证，结果表明：相较于采用整数阶PID控制器系统，采用电流转速双闭环全分数阶P13驴控制器

系统的跟随性能和抗扰性能更优，使用分数阶的矢量控制系统能使阶跃响应的超调量和调节时间

分别下降24．84％和7．35％，在输入变化的系统中分数阶的动态降落为整数阶的22．5％。研究结

果表明，所提分数阶控制器的设计方法可用于异步电机高性能矢量控制系统。

关键词：矢量控制；分数阶PPp控制器；跟随性能；抗扰性

中图分类号：TM301．2 文献标志码：A 文章编号：0253—987X(2017)03—0111一05

and

of the Full Fractional Order

Design

Implementation

Motors

Asynchronous

Vector Control

for

System

Chuanwen

XUYifei，ZHANG

Peng，ZHANG Bo，QIU Dong，TANG Qianlong，SHEN

of Electrical

(School

Engineering。Xi’an Jiaotong University，xi’an 710049，China)

order tO achieve

motor

method of vector control

Abstract：In

system using

control，a

high—performance

_P11Dl

design

calculus is

of fractional

theory

full fractional—order

controller based

the

to the mathematical characteristics of the fractional—order controller，the

proposed．According

and

controller

controller in vector control

forms of fractional—order current

loop

voltage loop

are

the

of the fractional—order controller are obtained based

determined．Then

system

the

parameters

amplitude

criterion and the

robustness criterion．In the

gain

criterion，the

phase margin

numerical

recursive filter was used to realize the rationalization and

simulation，the

Oustaloup

controller

under the

compared

of the fractional

of the

dynamic performance

integer—order

approximation

operator．The

and the fractional—order controller under the same

criteria were

design

variation and load mutation．The contr01 method was

transverse

speed．rotational speed

simulated and verified and the results showed that the

experimentally

with

system

current—speed

_P11Dl

and

with

and full—fractional-order

controller is

tO the

superior system

double—closed—loop

_{integer-order}PID controller in both

the fractional—

amming performance．Using

anti—j

tracking

and

can make the overshoot

time of

step response

order vector control

settling

system

基金项目：大型电气

收稿日期：2016—07—20。

作者简介：徐益飞(1991一)，男，硕士生；沈传文(通信作者)，男，副教授。

传动系统与装备技术国家重点实验室资助项目(SKLLDJ022016002)

网络出版地址：http：∥WWW．cnki．net／kcms／detail／61．1069．T．20161227．1022．006．html

网络出版时间：2016—12—27

万方数据

西安交通大学学报

第51卷

with the

decreased

the

24．84％and

controller，and

integer—order

7．35％，respectively compared

of the former is

the latter in the

input-changeable

22．5％of

system．The

dynamic landing

results show that the

method can be

to the control of

applied

vector

high performance

proposed

control

motors．

asynchronous

system

Keywords：vector

performance

P13p_{controller；tracking}

control；fractional—order

performance；anti—jamming

异步电机具有非线性、强耦合、多变量的性质，

运行中受电机参数变化及负载扰动的影响，在高性

能运动控制领域发挥着非常重要的作用，因此其高

性能控制策略一直是学者研究的重点。自适应控

制、预测控制、模糊控制、内模控制等[1。]已经被广泛

应用于异步电机高性能控制中，且取得了一定的效

果。然而在实际应用中，自适应控制算法较复杂，对

处理器的运算速度有很高的要求；预测控制在工业

应用中在线计算量大、实施要求高；模糊控制在模糊

规则的获取和隶属函数的设计上没有系统方法，全

凭设计者的个人经验，并且控制精度和决策速度是

相互矛盾的两个方面；内模控制滤波器时间常数与

系统闭环性能有直接的关系，控制器参数的鲁棒整

定还有待进一步研究。

推广，连续分数阶微积分算子定义为

l■百，

f百dA，

R』、(＼A^)／／>0

d扩

R(A)一0

Dj一<1，

(1)

I卜

I(dr)-a，R(A)<0

LJ co

式中：t。、t为算子的积分下限、上限；A为算子的阶

次；R(A)为阶次的实部。一般情况下，A是一个实

数，A>O时表示分数阶微分算子，A<O时表示分数

阶积分算子。

1．2分数阶控制器

工程实际中应用最多的分数阶微积分定义是

Riemann—Liouvile(R—L)提出的，表达式为

一抓沪斋与嘉f蒜d棚，

式中：行为整数，A一1<孢<A；r(· )为伽马函数。

在函数厂(￡)连续且零初始条件下，得式(1)的

Laplace变换

分数阶微积分在数字控制系统中的应用是由

Podlubny于1996年首次提出的[5]。相比传统的整

数阶PID控制器，PPp控制器引进的两个可调参

数A、／1为系统设计带来更大的控制裕量。文献E6]

将分数阶控制器应用于同步电机的速度控制，在系

统响应速度和跟随性能方面取得了不错的效果。文

献[7]基于多目标优化进化算法提出了一个新的分

数阶pIap控制器并应用于电动汽车用感应电机

中，系统具有优秀的启动响应和动态性能而无需额

外的开关动作。

(3)

L[。D；f(￡)]一saLVf(t)]

由式(3)得分数阶P11沙控制器的传递函数

GF(s)一K。+等+Kds一，A>0，卢>0(4)

传统的PID控制器是式(4)中A、肛取0或者1

时的特例。由于多出两个可调参数A、口，所以分数

阶P13p具有更灵活的控制结构。

本文以异步电机作为控制对象，提出了电流转

速双闭环全分数阶P11驴控制器的异步电机矢量控

制系统的设计方法。为了对比研究，首先按照传统

方法设计出电流环和转速环的控制器并得出各自校

正后的开环截止频率和相位裕量。然后在相同的电

流环截止频率下，提出了一种电流环分数阶Pp的

控制方法，并基于内环分数阶传递函数模型，设计增

益鲁棒性转速环分数阶PI“控制器，采用Oustaloup

递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化。

2控制器设计及参数计算

基于全分数阶控制器的异步电机间接矢量控制

系统的结构如图l所示。

分数阶算子及分数阶控制器简介

1．1分数阶算子定义

图1

异步电机分数阶控制系统框图

分数阶微积分是整数阶微积分在复数范围内的

http：／／WWW．jdxb．CD

http：／／zkxb．xjtu．edu．cn

万方数据

第3期

徐益飞，等：异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

2．1分数阶控制器设计

方法设计电流环和转速环的整数阶控制器参数。根

2．1．1

电流环分数阶11p控制器

据受控电机参数，电流环整数阶PI控制器为

在dg坐标系

下，q轴、d轴电流环同时作为转速环的内环，电流

环的传递函数为

(13)

C。，(s)一26．57f1+丝些1

＼

，

校正后电流环截止频率一500

rad／s。转速环整

(5)7

数阶PI控制器为

“。。isq一万

。

再

以

。

一面 1 R R毒。1杀T

+。

式中：R。为定子电阻；叮为漏磁系数；L。为定子电

C。，(s)一0．411

(14)

5f1+塑1

＼

校正后转速环截止频率∞。一300 rad／s，相位裕量击。

感；T。一专为定子电磁时间常数。

一40．6。。

传统的电流环设计方法是通过采用PI控制器

消去系统极点使得电流闭环成为惯性环节。根据对

消原理，由式(5)得出分数阶P眇控制器

2．2．2

分数阶控制器参数计算分数阶PIb控制

器多出一个参数A。，因此在相同的截止频率∞。、相

位裕量西。下，分数阶控制器具有更灵活的参数调

节范围。为了满足系统鲁棒性和稳定性，增加增益

(6)

Cl(s)一-^71+Kd5一

鲁棒性准则来确定A。，对于开环传递函数G(s)，其

分数阶控制器参数整定准则如下。

电流环开环传递函数为

相位裕量准则、幅值准则为

W1 一瓦1志半

／I-G(jou。)]一么Ec(j叫。)P(j叫。)]一一7【+函。

(15)

为消去极点，控制器参数应满足条件

A+“一1

(8)

(16)

G(j∞。)l—l C(j∞。)P(jco。)1—1

(9)

、一7

粤

T，一T。

为保证系统对增益变化的鲁棒性，要求系统开

环传递函数的相位伯德图在截止频率附近是平坦

的，即

由式(6)、(8)、(9)得电流环的控制器

Cl(5)一Ki(s1+T。S11)

(10)

(17)

校正后的电流闭环传递函数为

对于式(12)描述的控制对象，选用分效阶PI～

控制器

W1 一带％一南Ⅲ，

2．1．2

转速环分数阶P13控制器基于分数阶P11

(18)

控制器的转速环控制系统如图2所示。转速环控制

对象的传递函数为

c 一K。(1+鲁)

利用欧拉公式，可计算幅值和相位分别为

(12)

眦)一志

c(j叫)|一Kp((1+Ki犷‘^oCOS等)2+

，

(Ki∞-ao

ZEC(j洲=--a^srⁱc^n等ta⁾²n⁾(^V2带害揣)

式中：K一字为与电机参数有关的常量；a=A；T一

堕

K。。

(20)

为简化叙述，将式(12)中控制对象系数归一化，

考虑被控对象

图2转速控制系统框图

)

1S 4十l

P(5)一而矗(21S

本文采用的三相异步电机参数为：定子电阻R；

利用欧拉公式，可计算幅值和相位分别为

一10．16

Q，转子电阻R。一5．876 Q，定子漏感Ll。一

29．52

ITIH，转子漏感L1，一29．52 mH，互感L。一

P( I—i丽F厂F行i忑五万万再驴

411．5

264

mH，转动惯量J一0．001

kg· m2，极对

(22)

数P一2，计算可得K一729．0。

2．2控制器参数计算

／EP(J溯一一号一=tan(毒舞祭耘)

f231

2．2．1整数阶控制器参数计算采用工程设计的

http：∥WWW．jdxb．cn http：／／／zkxb．xjtu．edu．cn

万方数据

全部评论(0)

暂无评论

评论赚积分>>

上传资源上传优质资源有赏金

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

资料介绍

部分文件列表

部分页面预览

相关下载

全部评论(0)

热门标签

最新上传

热门下载

资料专题

推荐下载

专栏首页