基于数据驱动控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究
开关磁阻电机(SRM)是一种有别于传统永磁电机的新型双凸极结构电机，具有其他电机不可比拟的优点，其结构简单坚固、成本低、控制灵活、调速范围广、效率高，在家电、车辆驱动、航天航空等领域都得到了应用。但是SRM由于自身结构的原因，运行时转矩脉动较大，带来的噪声、振动等问题限制了其在高精度伺服控制等领域的推广。 为了抑制转矩脉动，本文针对SRM难以建立精确数学模型这一问题，提出了不依赖于模型信息的基于动态线性化的离散自抗扰控制(DL-DADRC)，并将该方法推广到周期迭代域，提出了基于动态线性化的离散自抗扰迭代学习控制(DL-ADRILC)。DL-DADRC和DL-ADRILC分别从时域和周期迭代域在线估计和补偿系统不确定性和外扰，具有较强的鲁棒性。将所提出的方法应用于开关磁阻电机调速系统(SRD),设计了基于DL-DADRC的电流控制器和基于DL-ADRILC的转矩控制器，对电流跟踪和转矩脉动抑制效果进行了仿真验证，并搭建了基于dSPACE半实物仿真平台的SRD系统，进行实物实验。论文的主要工作如下： (1)结合自抗扰控制(ADRC)的动态补偿思想与无模型自适应控制(MFAC)的动态线性化技术，针对存在外部扰动的离散时间非线性非仿射不确定系统，提出了DL-DADRC。该方法首先将系统动态线性化为与输入成仿射关系的线性项和一个不确定非线性项，然后设计离散ESO估计该不确定项并补偿到控制律中。将DL-DADRC的控制思想推广到周期迭代域，针对存在外部扰动有限时间内重复运行的离散时间非线性非仿射不确定系统，提出了DL-ADRILC。与其他方法对比，仿真结果表明DL-DADRC、DL-ADRILC的跟踪控制精度更高，具有较强鲁棒性。 (2)将所提出的方法应用到SRD系统，设计了基于DL-DADRC的电流控制器和基于DL-ADRILC的转矩控制器以实现电流的精确跟踪和转矩-电流的精确转换。仿真实验表明，当存在负载扰动时，基于DL-DADRC的电流控制器收敛误差很小，是传统PID控制、电流滞环控制的30%左右。基于DL-ADRILC的转矩控制器能够快速估计转矩-电流模型中的非线性项并进行补偿，有效地修正了理想线性转换模型，实现了转矩-电流的高精确转换，从而抑制SRM转矩脉动。仿真结果表明所提出的SRD控制策略在SRM启动、负载突变的情况下均能快速有效抑制转矩脉动，在不同转速、负载、采样步长下转矩脉动系数均在4个重复周期以内抑制在10%以下，较原来降低了66.7%以上。在相同条件对比实验中，与迭代学习控制相比收敛速度更快，与连续自抗扰迭代学习控制相比受迭代采样步长影响小，适合于实际中因传感器精度的限制导致采样频率较低的情况。 (3)搭建了基于dSPACE半实物仿真平台的SRD系统进行实物实验。通过本文的工作，所提出的新型数据驱动控制方法DL-DADRC、DL-ADRILC的有效性和实用性得到了有力证明。且算法完全根据离散系统的特性进行分析和设计，因此比连续化设计更具有一般性意义，具有广泛的应用价值。
开关磁阻电机;转矩脉动抑制;自抗扰控制;动态补偿;无模型自适应控制;动态线性化技术
华南理工大学
硕士
控制科学与工程
哀薇
2022
中文
TM352;TM301.2
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）