核心提示：　　（清華大學電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京100084）理論，設(shè)計并實現(xiàn)了基于自抗擾控制器的異步電機矢量控制方案。將電機模型中的耦合項及參數(shù)攝動視為系統(tǒng)擾動，采用擴張狀態(tài)觀測器進行觀測并加以補償，簡

　　（清華大學電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京100084）理論，設(shè)計并實現(xiàn)了基于自抗擾控制器的異步電機矢量控制方案。將電機模型中的耦合項及參數(shù)攝動視為系統(tǒng)擾動，采用擴張狀態(tài)觀測器進行觀測并加以補償，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了響應(yīng)速度。為減小運算量，對自抗擾控制器的典型結(jié)構(gòu)作了簡化處理，使控制周期縮短約1/2，提高了實時控制性能。仿真和物理TD通過積分的方法，可得到輸入信號廣義導(dǎo)數(shù)的快速跟蹤信號，并且使信噪比有較大的提高；同時在輸入信號階躍跳變時安排過渡過程，可有效降低超調(diào)NL-PD采用非光滑反饋方式，使穩(wěn)態(tài)誤差以指數(shù)形式成數(shù)量級減小，因此可以只用比例和微分環(huán)節(jié)設(shè)計控制器，避免了積分的副作用。

　　ESO通過擴展一維的方法，可實時估計系統(tǒng)的擾動（包括外部干擾和內(nèi)部模型的不確定性部分），并加以補償，使系統(tǒng)線性化為積分器串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，簡化了控制對象，便于提高控制性能其中：可見，轉(zhuǎn)子磁鏈j完全受控于isd，若保持j不變，則電機的電磁轉(zhuǎn)矩正比于isq，磁鏈和轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了解耦定子電壓方程中存在isd與“的交叉耦合，給控制帶來一定難度。

　　利用ADRC的特點，系統(tǒng)中的交叉耦合項以及參數(shù)不準確導(dǎo)致的模型誤差均可歸于模型擾動，可采用ESO進行觀測和補償為了使電機運行過程中不致過流，必須對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行限幅控制，因此采用所示的轉(zhuǎn)子磁場定向雙閉環(huán)控制方案，即采用4個控制器分別調(diào)節(jié)。

　　另外，在電機運行過程中，受溫升影響，轉(zhuǎn)子電阻是變化最大的電機參數(shù)，對系統(tǒng)性能影響也最大針對這些模型擾動，以磁通調(diào)節(jié)為例，可建立其ESO模型，如下式所示：其中：fr為ESO觀測得到的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；iSd為磁鏈調(diào)節(jié)的輸入控制量，也是d軸電流調(diào)節(jié)的給定值；Rr為程序設(shè)定的轉(zhuǎn)子電阻值；Z0為參數(shù)攝動導(dǎo)致系統(tǒng)擾動的觀測值。

　　沒有磁鏈微分輸出；TD相應(yīng)只起到濾波的作用，避免給定值突變引起超調(diào)，因此用普通的濾波環(huán)節(jié)代替；NL-PD也只需比例P參與調(diào)節(jié)相比于帶有非線性微分調(diào)節(jié)的典型ADRC模型，簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，計算量減小約1/2，響應(yīng)速度快，可達到很好的實際控制性能同樣的，可以建立其他環(huán)節(jié)的ADRC模型，如下式所示上述模型考慮了盡可能多的已知項，其他難于處理的耦合項及參數(shù)擾動項歸于系統(tǒng)擾動，并加以觀測這樣，采用四個一階ADRC實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的轉(zhuǎn)速與磁通雙環(huán)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，同時考慮了定子電壓方程耦合項，以及模型參數(shù)變化的影響，魯棒性較強2數(shù)字仿真與物理仿真結(jié)果表明，相對于傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器控制方式，ADRC調(diào)節(jié)速度比較快，動態(tài)速降較低，而且無超調(diào)，表明后者具有更強的阻尼力和更大的穩(wěn)定裕量2.2物理電機運行于45Hz，如果突加負載，轉(zhuǎn)矩電流及電壓會達到限幅值，對動態(tài)調(diào)節(jié)有一定的影響。因此，為顯示系統(tǒng)對過程為宜，如所示。另外，為驗證系統(tǒng)的參數(shù)魯棒性，實驗考察了轉(zhuǎn)子電阻的變化對控制性能的影響。考慮電機溫度的變化范圍，轉(zhuǎn)子電阻的變化一般不超過原值的40%而定量變動轉(zhuǎn)子電阻的實際值難以實現(xiàn)，因此實驗時采用參數(shù)相對攝動原理，通過改變控制器中轉(zhuǎn)子電阻設(shè)定值來近似實際值攝動。bc分別為轉(zhuǎn)子電阻設(shè)定值為實際值的60%和140%情況下的實驗波形自抗擾控制系統(tǒng)負載突卸實驗波形實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)空載啟動快速無超調(diào)負載突卸（7（%額定負載）的情況下，動態(tài)速升約為額定轉(zhuǎn)速的0.%，而相同負載情況下，基于PI調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)動態(tài)速升的典型值為2%~3%自抗擾控制系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能同時，轉(zhuǎn)子電阻的變化對系統(tǒng)的抗擾性能及阻尼力基本無影響，魯棒性較強3結(jié)論本文將自抗擾控制理論應(yīng)用于異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制，設(shè)計了簡化的自抗擾控制器，實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)與常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器相比，自抗擾控制器可有效地觀測出系統(tǒng)的模型擾動并加以前饋補償，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；同時配合非線性的調(diào)節(jié)方式，有效解決了一般線性調(diào)節(jié)器存在的快速性與超調(diào)之間的矛盾。仿真與實驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)具有優(yōu)異的動態(tài)控制性能，而且參數(shù)魯棒性較強。