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多采样率模糊控制理论及其在直接转矩控制中的应用研究

作　者: 蒋林
导　师: 肖建
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力电子及电力传动
关键词: 非线性系统模糊系统 T-S模糊模型输入多采样率控制输出多采样率控制线性矩阵不等式广义特征值最小化问题优化区域极点配置圆盘极点配置李雅普诺夫稳定性理论 Riccati方程感应电机直接转矩控制
分类号: TP273.4
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着现代微处理器以及相关硬件设备的快速发展,数字控制器被广泛地利用来控制一些诸如飞行器、机器人、磁盘驱动器和混沌等复杂非线性系统。尤其是,基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型来研究非线性系统的采样控制已有一些研究成果,但是这些研究大多局限于单采样率控制。然而,在实际应用中,针对复杂的多输入多输出非线性系统,采用单一采样频率进行采样与控制是不切实际的,甚至是不可能的。因此,本文将多采样率控制原理与模糊控制技术相结合,进行如下几个方面的讨论与研究:首先,为了获得非线性系统更精确的离散化模型,提出基于线性矩阵不等式(LMI)技术的模糊系统多采样率全局离散化方法,利用离散提升技术和系统等价原理,求解一些受LMIs约束的广义特征值最小化问题(GEVP)来得到非线性系统等价的具有凸多胞性质的多采样率离散化T-S模糊模型。其次,结合区域极点配置和二次型优化控制,提出了基于优化区域极点配置的输入多采样率模糊优化控制方法,求解一些Riccati方程来获得模糊优化控制律,闭环系统的稳定性由Lyapunov稳定性理论来得到保证。当考虑输入时域约束和衰减响应时,还提出了一种基于LMI方法的多目标多约束的输入多采样率模糊数字控制方法。与单采样率模糊控制系统相比,输入多采样率模糊控制系统增加了系统有效输入的个数,给控制系统的设计增加了冗余度,使系统性能得到了极大的改善。再者,提出了基于模糊观测器和无因果约束的输出多采样率反馈控制方法,避免了输出多采样率控制系统存在“因果约束”问题,将闭环系统的极点配置于适当的圆盘内,从而使闭环系统具有良好的动稳态特性。通过求解一些LMIs来得到反馈控制律和观测增益矩阵。由于多采样率控制器的时变特性,使得输出多采样率模糊控制系统在性能上远远优于单采样率模糊控制系统。特别是,适当地增加输出采样重数,采用输出多采样率反馈控制可以完全实现状态反馈控制器的许多功能。最后,针对自适应磁链观测器在低速发电状态下的不稳定问题,提出了一种T-S型速度磁链模糊观测器,该观测器的增益矩阵是由一些常数矩阵通过模糊隶属度函数组合而成的非线性时变矩阵,它可以随着电机运行速度而自动发生改变,具有较强的自适应性和鲁棒性。进一步基于输出多采样率控制原理,在定子电压的一个控制周期内多次检测定子电流,提出了输出多采样率模糊观测器,直接对定子磁链和转子转速进行估计,并实现了一种基于输出多采样率模糊直接转矩控制系统。仿真试验表明该传动系统能够在全速度范围内各种工况下稳定运行,且在低速时的动态和稳态性能得到了极大的改善。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
第1章绪论  12-29
  1.1 研究背景和选题意义  12-13
  1.2 多采样率数字控制理论研究现状  13-16
    1.2.1 输入多采样率控制系统  14-15
    1.2.2 输出多采样率控制系统  15
    1.2.3 广义多采样率控制系统  15-16
  1.3 模糊控制理论研究现状  16-20
    1.3.1 T-S模糊系统控制理论研究现状  16-18
    1.3.2 T-S模糊系统的采样控制研究现状  18-20
  1.4 线性矩阵不等式(LMI)方法  20-22
  1.5 无速度传感器直接转矩控制研究现状  22-27
    1.5.1 直接转矩控制技术研究现状  22-24
    1.5.2 无速度传感器控制技术研究现状  24-27
  1.6 本文的主要研究内容  27-29
第2章输入多采样率模糊控制系统  29-56
  2.1 输入多采样率T-S模糊模型  29-41
    2.1.1 模糊系统局部离散化方法  31
    2.1.2 模糊系统全局离散化方法  31-33
    2.1.3 输入多采样率离散T-S模糊模型  33-41
  2.2 基于衰减稳定和输入时域约束的模糊控制  41-47
    2.2.1 基于多目标多约束的模糊控制器设计  43-44
    2.2.2 仿真试验  44-47
  2.3 基于区域极点约束的优化模糊控制  47-55
    2.3.1 区域极点配置  47-51
    2.3.2 基于优化区域极点配置的模糊控制器设计  51-52
    2.3.3 仿真试验  52-55
  2.4 本章小结  55-56
第3章输出多采样率模糊控制系统  56-81
  3.1 输出多采样率T-S模糊模型  56-72
  3.2 基于区域极点约束的输出多采样率反馈控制  72-75
    3.2.1 输出多采样率模糊状态观测器  72-73
    3.2.2 区域极点配置的输出反馈控制器设计  73-75
  3.3 仿真研究  75-80
  3.4 本章小结  80-81
第4章感应电机的T-S型模糊观测器  81-97
  4.1 传统的速度自适应磁链观测器  81-83
    4.1.1 感应电机的数学模型  81-82
    4.1.2 自适应磁链观测器  82-83
  4.2 全阶状态模糊观测器  83-88
  4.3 基于模糊观测器的感应电机控制系统仿真研究  88-96
  4.4 本章小结  96-97
第5章输出多采样率模糊直接转矩控制  97-114
  5.1 感应电机的数学模型及其输出多采样率T-S模糊模型  97-102
    5.1.1 感应电机的数学模型和T-S模糊模型  97-99
    5.1.2 输出多采样率离散T-S模糊模型  99-102
  5.2 输出多采样率模糊观测器设计  102-104
  5.3 输出多采样率模糊直接转矩控制系统  104-113
    5.3.1 模糊直接转矩控制系统  104-107
    5.3.2 仿真研究  107-113
  5.4 本章小结  113-114
第6章结论与展望  114-116
  6.1 主要结论  114-115
  6.2 后续工作的展望  115-116
致谢  116-117
参考文献  117-129
攻读博士学位期间的论文及科研情况  129

多采样率模糊控制理论及其在直接转矩控制中的应用研究

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