导　　师： 吴捷

学科专业： H1101

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 该文详细分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性,并根据电机统一理论,通过坐标变换,分别得出了电机在ABC、α-β、D-Q坐标系下的数学模型及D-Q坐标系下的状态空间模型.针对状态空间模型的非线性与耦合特性,采用了ID=0的控制策略,对电机模型进行了解耦和线性化处理,进而得到了整个伺服运动系统的近似线性化模型.针对永磁同步直线电机具有强耦合和多扰动影响的特点,文中首次采用自抗扰控制技术,将未建模动态和不确定外扰视为一个综合扰动项,利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,设计出了一种不依赖于对象模型的速度环鲁棒控制器.运用自抗扰控制技术,文中提出了一种新型的永磁直线电机速度观测算法.该文利用H<,∞>控制理论演化出的混合灵敏度和闭环增益成形两种设计方法,分别对永磁同步直线电动机的二阶频域模型设计了鲁棒控制器.基于正规的开环传递函数矩阵使得闭环系统的H<,∞>鲁棒性能指标达到最小这一定理.正规矩阵参数优化方法,一方面将开环传递函数矩阵的特征函数参数化,并通过专家库根据指定的性能等级确定参数的取值,以保证系统的控制性能要求;另一方面选用指定阶数的酉矩阵作为特征向量矩阵,对特征函数矩阵进行酉变换,以保持开环传递函数矩阵始终为正规矩阵.与H<,∞>设计方法比较,它不仅可以保证系统的鲁棒性能,还可以根据需要设计出指定阶数和性能指标的控制器.该文采用该方法,对永磁直线电机设计出了几种不同阶数和性能的控制器,并通过仿真,优选出最合适的控制器用于实际系统.该文所采用的几种控制方法,并不是简单的罗列,它们既彼此联系对应,又各具特点.H<,∞>控制是一种典型的鲁棒控制方法,有非常严密完整的理论体系,但它的设计过程比较复杂,设计出的控制器阶数一般较高.正规矩阵参数优化方法在理论上等价于H<,∞>最优控制,但设计方法更加灵活实用.最后,该文给出了基于DSP的逆变器/电机控制实验系统的设计,并通过突加负载和增大电机动子质量等实验,对上述的鲁棒控制方案进行验证.该文为永磁直线电机的控制理论研究和实验做了一些探索性的工作,这些工作得到了国家自然科学基金(NO.601 74025)和华南理工大学自然科学基金(E5323288)的资助.

关 键 词： 永磁同步直线电机 鲁棒控制 建模 自抗扰控制器 扩张状态观测器 控制 正规矩阵参数优化方法

分 类 号： [TM359.4]

领　　域： [电气工程]