混合动力车载电机鲁棒矢量控制策略研究

【摘要】本论文以混合动力车载感应电动机控制系统为研究对象，在转子磁场定向控制的基础上，考虑车载电机在实际运行工况中存在参数变化、负载摄动等因素给电机输出特性带来的不良影响进行系统控制器设计。为了提高感应电机控制性能和鲁棒性，首先建立考虑参数不确定性和外干扰的感应电机动态数学模型，进而利用反馈线性化的手段实现转矩环和磁链的动态解耦。然后，从动态解耦的感应电机模型入手分别采用最优控制理论和H2控制理论设计磁链和转矩环的控制器。最后，以神经网络补偿转差转速的方式来弥补由电机转子电阻和负载变化带来的影响，从而提高了系统的鲁棒性。1.车载电机在实际运行工况中，电机参数的变化明显和负载突变情况频繁出现，这些因素对控制系统动态性能和鲁棒性带来很大挑战。因此建立考虑参数不确定性和外干扰的感应电机动态数学模型显得尤为重要。本文就是在此模型基础上利用反馈线性化手段将转矩环和磁链进行动态解耦，进而设计了磁链环和转矩环两环控制器。2.在有速度传感器矢量控制系统中，当系统参数发生较大变化时，采用常规PI控制器难以获得满意的控制性能。为减轻系统参数变化和外部负载扰动对系统产生的不良影响，本文根据矢量控制系统感应电机在任意两相旋转坐标系下的数学模型，利用直接反馈线性化的方法将感应电机分解成转矩和磁链两个独立环进行分别控制。其中磁链环控制器采用不确定系统最优控制理论，将转子电阻的变化作为磁链环的不确定性因素处理，从线性二次最优控制理论出发推得不确定系统的次最优控制器。针对具有负载扰动的感应电机转矩控制器的设计，本文将此问题转化成一般带外干扰输入的线性系统，针对带扰动的转矩系统设计一个状态反馈H2控制器。用解线性矩阵不等式的方法求得了控制器的解。这两个环控制器的设计不仅使控制算法得到了简化而且获得了令人满意的控制效果，电机输出特性良好。3.从解析角度和仿真角度两个方面分析出转子电阻变化和负载扰动给系统带的影响。通过反复试验得知转子参数的变化实际影响的是转差转速。因此利用神经网络将转矩电流偏差的均方值与转子变化关系逼近出来。进而将神经网络辨识出的转子变化量补偿到转差转速的计算上，实现了有效的补偿。电机输出特性不论是动态还是稳态都表现出对参数变化和负载扰动的良好鲁棒性。
【作者】潘丹丹；
【导师】王德军；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】混合动力车载感应电机；矢量控制；磁链和转矩控制；神经网络补偿；H2控制器；

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