基于模糊逼近的异步电动机指令滤波离散控制

作     者：张加伟 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于金鹏

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：异步电动机 指令滤波反步法 模糊控制 事件触发机制 离散控制 

摘      要：异步电动机(Induction motor,IM)凭借其性能稳定、运行可靠、坚固耐用和维修方便等优势,被广泛应用于现代工农业生产和日常生活中。然而,IM是具有高阶、强耦合及多变量等特性的复杂控制对象,且容易受到参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,传统的控制方案难以实现高精度的跟踪控制。同时,离散控制方法在可靠性和系统实现等方面相比连续控制方法具有一定优势,因此,采用离散控制方法直接进行控制器设计在数字计算机采样广泛普及的IM调速及位置跟踪控制系统中具有重要意义。此外,传统电机控制算法基于时间触发方式,控制器按周期运行,容易导致不必要的数据传输和在线重复计算。在一些特殊的应用场景,如使用遥控无人潜水器进行水下作业时,需要工作人员在水面进行远程遥控操作设备,其状态反馈和控制信号传输距离较远,周期性的信号传输易造成系统资源浪费。因此,提出有效的控制方案使IM离散系统能够取得良好的跟踪性能并节省系统资源具有重要研究意义。本文结合指令滤波反步法、模糊控制、观测器和事件触发机制提出了一种基于模糊逼近的IM指令滤波离散控制策略。主要研究成果如下:(1)针对IM离散系统,基于指令滤波和模糊控制技术,提出了事件触发离散控制方案。首先,指令滤波技术解决了虚拟控制函数反复差分造成的“因果矛盾问题,同时引入补偿机制消除滤波误差,保证了系统控制精度。其次,利用模糊逻辑系统处理系统的未知非线性函数,降低了未知项对系统的影响;最后,在控制器与电机之间的信号传输通道构建事件触发机制,降低了控制器在线计算负担,节约了系统资源,有利于实际工程应用。从仿真对比和实验验证结果可以看出,提出的控制策略能够有效降低控制器更新次数且跟踪效果良好。(2)针对IM离散系统,研究了一种基于观测器的指令滤波模糊控制新策略。首先,设计降维观测器对转子角速度进行估计,提高了系统的可靠性;其次,通过双曲正切函数近似饱和函数,降低了电压饱和给系统带来的不利影响,提高了系统的稳定性。通过仿真与实验结果表明,提出的控制方法能够准确估计转子角速度值,避免电压饱和对系统的影响,达到良好的跟踪效果。(3)针对IM离散系统,研究了考虑输入饱和的事件触发指令滤波控制策略。通过设计事件触发条件,降低了系统状态反馈信号与控制器之间的传输频率,使控制器非周期性更新能够与系统的状态输入建立联系,同时考虑了电压饱和问题。通过仿真对比分析和实验验证,采用的事件触发机制能够减轻系统在线计算负担,节约系统资源且能够达到较好的跟踪性能。