基于磁通观测器的电压前馈型解耦矢量控制系统

基于磁通观测器的电压前馈型解耦矢量控制系统

Feed For w ard Voltage Decoupling V ector Control System B ased on Flux Observer

李汉强　刘玉娟　高承伟(武汉理工大学自动化学院　430063)

Li H anqiang Liu Yujuan G ao Chengw ei (Wuhan University of Technology 430063　China )

摘要　提出基于磁通观测器的电压前馈型解耦矢量控制系统结构,该系统的特点是用电流预

测误差对磁通仿真器及电压前馈型结构进行补偿。设计了控制器,建立了系统数学模型,并用C 语言仿真研究了控制系统动态特性,仿真研究表明该系统能对定、转子变化具有鲁棒性,并能提高系统转矩控制精度。

关键词:异步电动机　磁通观测器　电压前馈型解耦　矢量控制中图分类号:TM30112Abstract A feed forward voltage decoupling vector control system based on flux observer is brought forward.The main feature of this system is the compensation for the flux observer and feed forward part using predicted current error.A controller is designed.The model of the system is built up.The simulation using C language shows that system has good transient characteristics ,robustness when the stator resistance changes and at the same time.The high precision of control can be achieved.

K eyw ords :Induction motor ,flux observer ,feed forward voltage decoupling ,vector control

教育部留学回国人员科研启动基金资助项目。

李汉强　男,1945年生,博士,武汉理工大学自动化学院教授,从事异步电动机矢量控制系统研究。刘玉娟　女,1977年生,武汉理工大学自动化学院硕士研究生,从事自动化与电机控制研究。

1　前言

异步电动机矢量控制按驱动源可分为电压源驱动和电流源驱动两种。前者不需要交流电流控制环,容易实现全数字化控制装置。另外,从控制性能来看,也是前者优越于后者,因此目前矢量控制系统大多采用电压源驱动方式[1～4]。

在电压源驱动矢量控制过程中,通常用旋转坐

标dq 轴系的电流i 3sd 、i 3

sq 经解耦电路获得电压指令值。电压解耦有电压前馈型和电压反馈型两种实现方法。电压前馈型是采用控制器的电动机参数计算,即运行前室温时测得的电动机参数,系统受电动机参数实际值的变化影响很大。电压反馈型采用电动机实际电压与电流,按磁通仿真器模型求得转子

磁链Ψrd 和Ψrq ,与控制器中计算所得的转子磁链

Ψ3rd 和Ψ3rq 分别进行比较后,通过磁通调节器求得dq 轴系电流指令值i 3sd 和i 3sq ,再用解耦电路求得电压指令值u 3sd 和u 3sq [5,6]。后者结构比前者复杂。

为保持电压前馈型解耦矢量控制系统结构简单的优点,克服系统受电动机参数变化影响较大的缺点,本文采用在磁通观测器及解耦结构中分别增加电流预测误差修正的PI 控制,来提高系统对电动机

电阻参数变化的鲁棒性和控制精度。

2　矢量控制的基本方程式

以同步角速度ω1旋转的两相坐标系dq 轴下异步电动机电压方程式如下:

12第18卷第4期

电工技术学报

2003年8月

u

sd u sq

00

=

r s +σL s p -ω1σL s

M p /L r

-ω1M/L

r ω1σL s

r s +

σL s p ω1M/L r

M p /L r -σr M

σr +p -(ω1-ωr )

-σr M

ω1-ωr

σr +p

i sd i sq

Ψrd Ψrq

(1)

式中　u sd ,u sq ———定子dq 轴电压

i sd ,i sq ———定子dq 轴电流r s ,r r ———定、转子电阻L s ,L r ———定、转子等效自感

M ———等效互感

ω1———转子磁链同步角速度ωr ———电动机角速度p ———微分算子,p =

d

d t

σr ———转子系数,σr =r r /L r

σ———漏磁系数,σ=1-M 2/(L s L r )

在转子侧电压方程式中含有一个微分算子p ,因此很容易直接导出矢量控制的关键算式:转子磁

链Ψr 与转差频率ωs 的算式,这就是该式的最大优点。

电动机电磁转矩

T e =pM (i sq Ψrd -i sd Ψrq )/L r

(2)

式中　p ———电动机极对数

电动机运动方程

J p ?d ωr

d t

=T e -T L (3)

式中　J ———转动惯量

T L ———负载转矩

3　控制器设计

311　磁通观测器模型

在转子磁场定向控制时,转子磁链估算是至关重要的一环,如果转子磁链估算不准确,转子磁场定向控制系统会失去应有的优点,将无法实现转矩和

磁通的解耦控制。转子磁链估算基本分为两种类型,电压模型和电流模型[7]。本文采用改进的电流

模型估算转子磁链。原理如下,由式(1)转子回路得电流模型p

Ψ3sd Ψ3sq

=-σ3r ω3

1-ωr ωr -ω31

-σ3r

Ψ3

sd Ψ3sq

+M

3

σ3r

i 3

sd i 3

sq

(4)

本文中带3者为控制器内电动机参数物理量或

指令值,无3者为电动机实际值。设转子磁链Ψ3

r 在d 轴上,则Ψ3rd =Ψ3r ,Ψ3

rq =0,称为理想矢量控制。由式(4)展开得电流模型转子磁链仿真器

p Ψ3rd =-σ3r Ψ3rd +σ3r M

3i 3

sd (5)由式(5)可知,转子磁链Ψ3

rd 与转子电阻r 3r 有关,因此采用电流模型估算转子磁链Ψ3rd 时,对电动机转子电阻变化敏感性强。为提高系统对定、转子电阻变化的鲁棒性,采用状态变量的预测误差修正方法。根据日本学者堀洋一教授的观测器构成

理论,在仿真器中加状态变量预测误差反馈构成磁通观测器。本文采用dq 轴电流预测误差修正电流模型转子磁链仿真器,此时磁通观测器数学模型如下

p Ψ3rd =-σ3r Ψ3rd +M 3σ3r i 3sd +

k 1(i 3

sd -i sd )

+k 2(i 3

sq

-i sq )(6)

式中　k 1,k 2———比例系数312　定子电压解耦单元

由式(1)定子回路展开得

u sd =(r s +σL s p )i sd -ω1σL s i sq +

M p Ψrd /L r -ω1M Ψrq /L r

(7)u sq =ω1σL s i sd +(r s +σL s p )i sq +

ω1M Ψrd /L r +M p Ψrq /L r

(8)

在理想矢量控制时Ψ3rq =0,当Ψ3

rd 在稳态时为恒值控制,则Ψ3rd =M 3i 3sd 。把这些关系代入式(7)、(8)得定子电压

u 3sd =r 3s i 3sd -ω31σ3L 3s i 3

sq

(9)u 3sq =ω31L 3s i 3sd +(r 3s +σ3L 3s p )i 3

sq

(10)

从式(9)、(10)可以看出,在转子磁场定向

控制的dq 轴系中,构成定子电压直轴分量u 3

sd 和

交轴分量u 3sq 中不仅有定子电流直轴分量i 3sd 产生的电压,还有交轴直流分量i 3sq 产生的耦合电压。

另外,在式(9)、(10)中,有定子电阻r 3s 项,它易受温度变化的影响,同时在式(10)中,

交轴电流i 3

sq 进行控制的电压中还含有微分项,由于微分项对干扰特别敏感,容易引起电动机的干扰电压,因此本文在电压前馈型解耦控制基础上增设dq 轴电流的指令值与实际值的误差进行PI 调节,以达到消除微分干扰和定子电阻受温度变化干扰的目的。具有电流误差补偿的定子电压解耦单元结构如图1所示。

改进后的电压前馈型解耦单元数学模型

22电工技术学报2003年8月

图1　改进后的电压前馈型解耦单元

Fig 11　Improved voltage -feedforward decoupling unit

　u 3

sd =

K I +

K I

T I S (i 3sd -i sd )-ω31σ3L 3s i 3sq

(11)

u 3sq

=

K I +

K I T I S

(i 3sq -i sq )+ω31L 3s i 3

sd

(12)

313　频率控制单元

由式(4)展开得转子磁链Ψr 同步角速度

ω3

1=ωr +σ3

r

M

3

i 3

sq /Ψ3rd =ωr +ω3

s (13)转差频率

ω3s =σ3r M

3i 3sq /Ψ3

rd (14)

转子磁链Ψr 的位置角

θ3=∫

ω31d t

(15)

314　转矩电流

转矩电流分量i 3

sq 采用电动机角速度给定值

ω3r 与实际值ωr 经比例积分运算获得。

i 3

sq =

K s +

K s

T s S

(ω3r -ωr )

(16)

4　控制系统结构

由式(6)、(11)～(16)可以画出基于磁通

观测器的电压前馈型解耦矢量控制系统的结构如图2所示。

5　仿真研究结果

仿真电动机参数:J Q 2-52-4,P N =10kW ,

U N =380V ,I N =1918A ,n N =1450r/min ,Δ接法,r s =1133Ω,r r =1112Ω,L s =012942H ,L r

=013005H ,M =012865H ,i 3

sd =7A ,J =

010618kg ?m 2。

控制系统数学模型由电动机数学模型和控制器

数学模型两部分组成。式(1)、(2)、(3)为电动机数学模型,式(6)

、(11)～(16)为控制器数学模型。根据控制系统数学模型用C 语言编程进行计算机仿真研究。

图2　控制系统结构图

Fig 12　The structure of the control system

图3为定、转子电阻值变化r 3s /r s =115,

r 3

r /r r =115时速度指令值从1000r/min 阶跃到

14520r/min 时对应的动态特性,图3a 为在无磁通

观测器的情况下无电流误差补偿时的转矩动态响应;图3b 为有电流误差补偿时的转矩动态响应。

两者比较结果,有电流误差补偿时转矩指令值与实

际值的相对稳态误差小于4%;无电流误差补偿时转矩指令值与实际值的相对稳态误差将达36%。图3c 为基于磁通观测器并有电流误差补偿时的系统转矩动态响应,实际转矩跟踪指令转矩更显得好

3

2第18卷第4期李汉强等　基于磁通观测器的电压前馈型解耦矢量控制系统

些;图3d 为有磁通观测器时转子磁链的动态响应,在2s 内指令值可跟踪到实际值。

6结束语

本文提出基于磁通观测器的电压前馈型解耦矢

量控制系统,其特点是采用电流预测误差对磁通观测器及电压前馈型解耦结构进行补偿。用C 语言编程仿真研究发现,该系统既能保持矢量控制所具有的良好动态特性,同时还能对定、转子变化具有鲁棒性,可以提高系统的转矩控制精度

。

图3　r 3s /r s =115时转矩动态特性与稳态误差图

11指令值　21实际值　31负载转矩

Fig 13　Transient res ponses with torque changes when r 3s /r s =115

参考文献

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收稿日期　2003-04-04

42电工技术学报2003年8月

过程控制作业答案

第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =

故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：

基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计

基于空间矢量控制（SVPWM）技术的三相电压型整流器设计 作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-9-9 10:54:01 [收藏] [评论] 传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高，对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究，使其网侧电压与电流同相位，从而实现高功率因数整流。 1 空间矢量控制技术 SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合，将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成，如图1所示。任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。这几个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加。也就是说，SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间，最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。主电路功率开关 管的开关频率越高，就越逼近圆形旋转磁场。 为了减少开关次数，降低开关损耗，对于三相VSR某一给定的空间电压矢量 ，采用图2所示的合成方法。在扇区I中相应开关函数如图3所示。零矢量均匀地分布在矢量

的起、终点上，除零矢量外， 由V1、V2、V4合成，且中点截出2个三角形。一个开关周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次，由于开关函数波形对称，谐波主要集中在整数倍的开关频率上。 2 直接电流控制策略 三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制采用网侧电流闭环控制，提高了网侧电流的动、静态性能，并增强电流控制系统的鲁棒性。而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便，得到了较好应用，在三相静止坐标系中，固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号，其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出，频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制，且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。在两相同步旋转坐标系(d，q)中的电流指令为直流时不变信号，且其PI电流调节 器实现电流无静差控制，也有利于分别对有功电流 和无功电流 独立进行控制。 3 三相VSR数字控制系统 三相VSR数字控制系统结构如图4所示，控制系统采用电压外环和两个电流内环组成双环控制结构，电压环控制三相VSR直流侧电压，通过输出直流侧电压Vdc与给定参考电压 差值经过PI调节产生电流参考信号

电压空间矢量资料

电压空间矢量

电气空间矢量PWM 自动1202 熊立波 20121799 什么是电气空间矢量PWM ，以及怎样用于变频器V/F 控制？ 空间矢量的定义：交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用时间向量来表示，但如果考虑到他们所在的空间位置，也可以定义为空间矢量。 在图中，A ，B ，C 分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差 120，三相定子正弦波相电压0A U 、0B U 、 C U 分别加在三相绕组上。可以定义三个定子 电压空间矢量0A u 、0B u 、0C u ，使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时 间按正弦规律波动，时间相位互相错开的角度也是0 120。 0s A B C u u u u =++ 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量 0s A B C u u u u =++ 1 1 2111224[cos()cos()cos()]333 23 j j m m m j t j t m s t t t U U e U e U e U e γγππωωωωω= +-+-== 合成空间矢量表示的定子电压方程式 s s s s d dt u i R ψ =+ 忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为

s d dt ψ 或 s s dt u ψ ≈? 三相逆变电路每相上下桥臂开关动作相反，将上桥臂导通而下桥臂关断的状态记为1，反之记为0，则三相逆变电路共对应8种输出电压状态。 PWM 逆变器共有8种工作状态 当 （A S B S C S ）=（1 0 0） （A u B u C u ）=（2d U 2d U - 2d U -） 242331 22(1)(1) 32 32j j j j d d U U u e e e e ππ γγ = --=-- 224242 [(1cos cos )(sin sin )]323333 3d d j U U ππππ = ---+= 当 （A S B S C S ）=（1 1 0） （A u B u C u ）=（2d U 2d U 2d U - ） 2423 322(1)(1) 322j j j j d d U U u e e e e ππ γγ=+-=+- 22424[(1cos cos )(sin sin )]323333d j U ππππ = +-+- 322(13)323j d d j U U e π= += 依次类推，可得8个基本空间矢量。 6个有效工作矢量 1 u ~6 u

解耦控制设计与仿真

解耦控制系统设计与仿真 姓名： 专业： 学号：

第一章解耦控制系统概述 1.1背景及概念 在现代化的工业生产中，不断出现一些较复杂的设备或装置，这些设备或装置的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必须设置多个控制回路对该种设备进行控制。由于控制回路的增加，往往会在它们之间造成相互影响的耦合作用，也即系统中每一个控制回路的输入信号对所有回路的输出都会有影响，而每一个回路的输出又会受到所有输入的作用。要想一个输入只去控制一个输出几乎不可能，这就构成了“耦合”系统。由于耦合关系，往往使系统难于控制、性能很差。 所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统中各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。解耦控制是一个既古老又极富生命力的话题，不确定性是工程实际中普遍存在的棘手现象。解耦控制是多变量系统控制的有效手段。 1.2主要分类 三种解耦理论分别是：基于Morgan问题的解耦控制，基于特征结构配置的解耦控制和基于H_∞的解耦控制理论。 在过去的几十年中，有两大系列的解耦方法占据了主导地位。其一是围绕Morgan问题的一系列状态空间方法，这种方法属于全解耦方法。这种基于精确对消的解耦方法，遇到被控对象的任何一点摄动，都会导致解耦性的破坏，这是上述方法的主要缺陷。其二是以Rosenbrock为代表的现代频域法，其设计目标是被控对象的对角优势化而非对角化，从而可以在很大程度上避免全解耦方法的缺陷，这是一种近似解耦方法。

1.3相关解法 选择适当的控制规律将一个多变量系统化为多个独立的单变量系统的控制问题。在解耦控制问题中，基本目标是设计一个控制装置，使构成的多变量控制系统的每个输出变量仅由一个输入变量完全控制，且不同的输出由不同的输入控制。在实现解耦以后，一个多输入多输出控制系统就解除了输入、输出变量间的交叉耦合，从而实现自治控制，即互不影响的控制。互不影响的控制方式，已经应用在发动机控制、锅炉调节等工业控制系统中。多变量系统的解耦控制问题，早在30年代末就已提出，但直到1969年才由E.G.吉尔伯特比较深入和系统地加以解决。 1．3.1完全解耦控制 对于输出和输入变量个数相同的系统,如果引入适当的控制规律,使控制系统的传递函数矩阵为非奇异对角矩阵，就称系统实现了完全解耦。使多变量系统实现完全解耦的控制器，既可采用状态反馈结合输入变换的形式，也可采用输出反馈结合补偿装置的形式。给定n维多输入多输出线性定常系统(A，B，C)（见线性系统理论），将输出矩阵C表示为 为C的第j个行向量,j=1,2,…,m，m为输出向量的维数。再规定一组结构指 数di（i=1,2,…,m）:当B=0,AB=0…，AB=0时，取di=n-1；否则，di取为使CiAB≠0的最小正整数N，N=0,1,2,…,n-1。利用结构指数可组成解耦性判别矩阵： 已证明，系统可用状态反馈和输入变换，即通过引入控制规律u=-Kx+Lv，实现完全解耦的充分必要条件是矩阵E为非奇异。这里，u为输入向量，x为状

电压空间矢量

电气空间矢量PWM 自动1202 熊立波 20121799 什么是电气空间矢量PWM ，以及怎样用于变频器V/F 控制？ 空间矢量的定义：交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用时间向量来表示，但如果考虑到他们所在的空间位置，也可以定义为空间矢量。 在图中，A ，B ，C 分别表示在空间静止的电动机定子三 相绕组的轴线，它们在空间互差0 120 ，三相定子正弦 波相电压0A U 、0B U 、0C U 分别加在三相绕组上。可以定义三个定子电压空间矢量 A u 、 B u 、 0C u ，使 它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律波动，时间相位互相错开的角度也是 120。 0s A B C u u u u =++ 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量 0s A B C u u u u =++ 112111224[cos()cos()cos()]33323 j j m m m j t j t m s t t t U U e U e U e U e γγππωωωωω=+-+-= = 合成空间矢量表示的定子电压方程式 s s s s d dt u i R ψ =+ 忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为 s d dt ψ 或 s s dt u ψ ≈? 三相逆变电路每相上下桥臂开关动作相反，将上桥臂导通而下桥臂关断的状态记为1，反之 记为0，则三相逆变电路共对应8种输出电压状态。 PWM 逆变器共有8种工作状态 当 （A S B S C S ）=（1 0 0） （A u B u C u ）=（2d U 2d U - 2d U -）

自动控制原理第六章课后习题答案(免费)

自动控制原理第六章课后习题答案（免费） 线性定常系统的综合 6－1 已知系统状态方程为： ()100102301010100x x u y x ? -???? ? ?=--+ ? ? ? ?????= 试设计一状态反馈阵使闭环系统极点配置为－1，－2，－3. 解: 由()100102301010100x x u y x ? -???? ? ?=--+ ? ? ? ?????=可得: (1) 加入状态反馈阵()0 12K k k k =,闭环系统特征多项式为: 32002012()det[()](2)(1)(2322)f I A bK k k k k k k λλλλλ=--=++++-+--+- (2) 根据给定的极点值,得期望特征多项式: *32()(1)(2)(3)6116f λλλλλλλ=+++=+++ (3) 比较()f λ和*()f λ各对应项系数,可得:0124,0,8;k k k === 即:()408K =

6－2 有系统： ()2100111,0x x u y x ? -????=+ ? ?-????= （1） 画出模拟结构图。 （2） 若动态性能不能满足要求，可否任意配置极点？ （3） 若指定极点为－3，－3，求状态反馈阵。 解(1) 模拟结构图如下: ∫ ∫-1 -2 1 u ++y (2) 判断系统的能控性； 0111c U ?? =?? -?? 满秩，系统完全能控，可以任意配置极点。 (3)加入状态反馈阵01(,)K k k =,闭环系统特征多项式为: ()2101()det[()](3)22f I A bK k k k λλλλ=--=+++++ 根据给定的极点值,得期望特征多项式: *2()(3)(3)69f λλλλλ=++=++ 比较()f λ和*()f λ各对应项系数,可解得:011,3k k == 即:[1,3]K =

变频器的VF控制与矢量控制

变频器的V/F控制与矢量控制 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 一、矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 V/F控制与矢量都是恒转矩控制。U/F相对转矩可能变化大一些。而矢量是根据需要的转矩来调节的，相对不好控制一些。对普通用途。两者一样 1、矢量控制方式—— 矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性，就这么简单，至于深入了解，那就得深入了解变频器的数学模型，电机学等学科。 矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 2、V/F控制方式—— V/F控制，就是变频器输出频率与输出电压的比值为恒定值或成比例。例如，50HZ时输出电压为380V的话，则25HZ时输出电压为190V。 变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制

系统解耦控制

实验二、 系统解耦控制 一、实验目的 1、 掌握解耦控制的基本原理和实现方法。 2、 学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。 二、实验仪器 1、 TDN —AC/ACS 型自动控制系统实验箱一台 2、 示波器 3、 万用表 三、实验原理与内容 一般多输入多输出系统的矩阵不是对角阵，每一个输入量将影响所有输出量，而每一个输出量同样受到所有输入量的影响，这种系统称为耦合系统。系统中引入适当的校正环节使传递矩阵对角化，实现某一输出量仅受某一输入量的控制，这种控制方式为解耦控制，其相应的系统称为解耦系统。解耦系统输入量与输出量的维数必相同，传递矩阵为对角阵且非奇异。 1、 串联控制器()c G s 实现解耦。 图2-1用串联控制器实现解耦 耦合系统引入控制器后的闭环传递矩阵为 1 ()[()()()]()()p c p c s I G s G s H s G s G s -Φ=+ 左乘[()()()]p c I G s G s H s +，整理得 1()()()[()()]p c G s G s s I H s s -=Φ-Φ 式中()s Φ为所希望的对角阵，阵中各元素与性能指标要求有关， 在()H s 为对角阵的条件下，1 [()()]I H s s --Φ仍为对角阵， 1 1 ()()()[()()]c p G s G s s I H s s --=Φ-Φ

设计串联控制器()c G s 可使系统解耦。 2、 用前馈补偿器实现解耦。 解耦系统如图2-2， 图2-2 用前馈控制器实现解耦 解耦控制器的作用是对输入进行适当变换实现解耦。解耦系统的闭环传递函数 1()[()]()()p p d s I G s G s G s -Φ=+ 式中()s Φ为所希望的闭环对角阵，经变换得前馈控制器传递矩阵 1()()[()]()d p p G s G s I G s s -=+Φ 3、 实验题目 双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。 图2-3 系统结构图 设计解耦控制器对原系统进行解耦，使系统的闭环传递矩阵为 10 (1) ()10(51)s s s ????+? ?Φ=? ???+? ? 通过原系统输出量（1,2y y ）与偏差量（1,2e e ）之间的关系

第十章_解耦

第10章 解耦控制系统 当再同一设备或装置上设置两套以上控制系统时，就要考虑系统间关联的问题。其关联程度可通过计算各通道相对增益大小来判断。如各通道相对增益都接近于1，则说明系统间关联较小；如相对增益于1差距较大，则说明系统间关联较为严重。对于系统间关联比较小的情况，可以采用控制器参数整定，将各系统工作频率拉开的办法，以削弱系统间的关联的影响。如果系统间关联非常严重，就需要考虑解耦的办法来加以解决。解耦的本质是设置一个计算装置，去抵消过程中的关联，以保证各个单回路控制系统能独立地工作。 为了便于分析，下面对2×2系统的关联及其解耦方法进行研究。具有关联影响的2×2系统的方块图如图10—1所示。 从图10—1可看出，控制器c 1的输出p 1（s ）不仅通过传递函数G 11（s ）影响Y 1，而且通过交叉通道传递函数G 21（s ）影响Y 2。同样控制器c 2的输出p 2（s ）不仅通过传递函数G 22（s ）影响Y 2，而且通过交叉通道传递函数G 12（s ）影响Y 1。 上述关系可用下述数学关系式进行表达： Y 1（s ）=G 11（s ）P 1（s ）+G 12（s ）P 2（s ） （10—1） Y 2（s ）=G 21（s ）P 1（s ）+G 22（s ）P 2（s ） （10—2） 将上述关系式以矩阵形式表达则成： ?? ? ?????????=??????)()()() ()()()()(212221121121s P s P s G s G s G s G s Y s Y （10—3） 或者表示成： Y （s ）=G （s ）P （s ） （10—4） 式中 Y （s ）——输出向量； P （s ）——控制向量； G （s ）——对象传递矩阵： ?? ? ? ??=)() ()() ()(22211211s G s G s G s G s G （10—5） 所谓解耦控制，就是设计一个控制系统，使之能够消除系统之间的耦合关系， R 1 ） R 2 图10—1 2×2关联系统方块图

VF控制与矢量控制 瞬间弄懂

针对异步电机，为了保证电机磁通和出力不变（转矩不变），电机改变频率时，需维持电压V和频率F的比率近似不变，所以这种方式称为恒压频比（VF）控制。VF控制－控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。从本质上讲，VF控制实际上控制的是三相交流电的电压大小和频率大小，然而交流电有三要素，就是除了电压大小和频率之外，还存在相位。VF 控制没有对电压的相位进行控制，这就导致在瞬态变化过程中，例如突加负载的时候，电机转速受冲击会变慢，但是电机供电频率也就是同步速还是保持不变，这样异步电机会产生瞬时失步，从而引起转矩和转速振荡，经过一段时间后在一个更大转差下保持平衡。这个瞬时过程中没有对相位进行控制，所以恢复过程较慢，而且电机转速会随负载变化，这就是所谓VF控制精度不高和响应较慢的原因。 矢量控制国外也叫磁场定向控制，其实质是在三相交流电的电压大小和频率大小控制的基础上，还加上了相位控制，这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电流相对于转子的位置角。 综上，我觉得矢量控制和VF控制的最本质的区别就是加入了电压相位控制上。从操作层面上看，矢量控制一般把电流分解成转矩电流和励磁电流，这里转矩电流和励磁电流的比例就是由转子位置角度（也就是定子电压相位）决定的，这时转矩电流和励磁电流共同产生的转矩是最佳。宏观上看，矢量控制和VF控制的电压，电流，频率在电机稳定运行时相差不大，都是三相对称交流，基本上都满足压频比关系，只是在瞬态过程如突加、突减负载的情况下，矢量控制会随着速度的变化自动调整所加电压、频率的大小和相位，使这个瞬时过程更快恢复平衡。 变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，一般强调“空载电流”的大小。变频器作矢量控制时，对电机参数的依赖很大，所以必须对电机作旋转

自动控制及计算机控制(LABVIEW)

自动控制概述 (2) 自动控制理论部分 (5) 实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (5) 实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (13) 实验三典型环节（或系统）的频率特性测量 (17) 实验四线性系统串联校正 (23) 实验五典型非线性环节的静态特性 (27) 实验六非线性系统相平面法 (32) 实验七非线性系统描述函数法 (38) 实验八极点配置全状态反馈控制 (43) 实验九采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究 (49) 实验十采样控制系统串联校正的混合仿真研究 (53) 自动控制理论软件说明 (57) 第一章概述 (57) 第二章安装指南及系统要求 (61) 第三章功能使用说明 (62) 第四章使用实例 (70) 计算机控制技术部分 (71) 实验一 A/D与D/A 转换 (73) 实验二数字滤波 (77) 实验三 D(s)离散化方法的研究 (79) 实验四数字PID控制算法的研究 (82) 实验五串级控制算法的研究 (85) 实验六解耦控制算法的研究 (89) 实验七最少拍控制算法的研究 (93) 实验八具有纯滞后系统的大林控制 (98) 实验九线性离散系统的全状态反馈控制 (99) 计算机控制软件说明 (109) 第一章概述 (109) 第二章安装指南及系统要求 (114) 第三章 LabVIEW编程及功能介绍 (115)

一．实验系统功能特点 1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACCT-I 实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及USB2.0通讯线。 2．ACCT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACCT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。 3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。 二．系统构成 实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-I 实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。 1．实验箱ACCT-I简介 ACCT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U2、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U9～U16等共14个单元组成，详见附图。 (1)电源单元U1 包括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。 (2)信号、数据处理单元U3 内含以C8051F060为核心组成的数据处理卡（含软件），通过USB口与上位PC进行通讯。内部包含八路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。 (3)元器件单元U2 单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。 (4)非线性环节单元U5、U6和U7

自动控制系统及应用复习资料

复习 一、填空题 1、如图，埸效应管VT5的作用是零速封锁即在给定为零且反馈为零使调节器输出为零，以防止由于PI中由于积分作用输出不为零，使得移相控制角可能处于最小，出现全压启动导致过电流故障。电位器RP1可调整输出正限幅值，RP2可调整输出负限幅。C11是积分电容，C5和R9接入速度反馈构成微分调节器。C6、C7是输入滤波电容。 2、电流断续时KZ—D系统的机械特性变软，相当于电枢回路的电阻值增大。 3、脉宽调速系统中，开关频率越高，电流脉动越小，转速波动越小，动态开关损耗越大。 4、采用转速—电流双闭环系统能使电动机按允许的最大加速度起动，缩短起动时间。 5、典型I型系统的超调量比典型II型系统小，抗扰动性能比典型II型系统差。 6、下图为单闭环转速控制系统。 (1)图中V是； (2)图中Ld是，它的作用是； (3)图中采用的是调节器，它的主要作用是； (4)此系统主电路由相交流电供电； (5)此系统具有负反馈环节； (6)改变转速，应调节___________电位器； (7)整定额定转速1500转/分，对应8V，应调节___________电位器； (8)系统的输出量(或被控制量)是___________。 解： (1)图中V是晶闸管整流器； (2)图中Ld是平波电抗器，它的作用是抑制电流脉动和保证最小续流电流；

(3)图中采用的是PI 即比例积分调节器，它的主要作用是 保证动静态性能满足系统要求； (4)此系统主电路由 三 相交流电供电； (5)此系统具有 转速（速度） 负反馈环节； (6)改变转速，应调节___RP1__电位器； (7)整定额定转速1500转/分，对应8V ，应调节_RP2_电位器； (8)系统的输出量(或被控制量)是_转速_。 7、下图为异步电动机矢量控制原理结构图，A ，B ，C ，D 分别为坐标变换模块，请指出A 是 矢量旋转逆变换 1 -VR ， B 是二相静止坐标变成三相静止坐标变换， C 是三相静止坐标系变成二相静止坐标变换， D 矢量旋转变换，上述等效变换的原则是旋转磁场等效或磁动势等效。 8、下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A ，B 分别为坐标变换模块，请指出A 是三相静止坐标系变成二相静止坐标变换，B 是矢量旋转变换，其等效变换的原则是旋转磁场等效或磁动势等效。 9、采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M 法适用于测高速，T 法适用于测低速。 10、只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。 11、可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。 12、α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段。 13、电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。 14、永磁同步电动机自控变频调速中，需增设位置检测装置保证转子转速与供电频率同步。 15、SVPWM 以圆形旋转磁场为控制目标，而SPWM 以正弦电压为控制目标。 二、选择题 1、关于变压与弱磁配合控制的直流调速系统中，下面说法正确的是（A ）。 A 当电动机转速低于额定转速时，变压调速，属于恒转矩性质调速。 B 当电动机转速高于额定转速时，变压调速，属于恒功率性质调速。 C 当电动机转速高于额定转速时，弱磁调速，属于恒转矩性质调速。 D 当电动机转速低于额定转速时，弱磁调速，属于恒功率性质调速。

自动化控制设计的主要内容及在化工中的应用

自动化控制设计的主要内容及在化工中的应 用 摘要自动化技术是当今举世瞩目的高技术之一，也是中国今后重点发展的一个高科技领域。而我们化工生产则是离不开自动化控制系统，自动化系统大大推动了化工生产的发展。关键词自动化控制系统化工生产 正文 自动化控制系统现在广泛的运用在我们的生活和工业生产中，它的出现以及发展大大促进了科技和社会的发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。特别是在石油、化工、冶金、轻工业等部门由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程的发展，大大的提高了劳动生产率，给企业以及社会带来巨大的经济效益和方便。 自动控制系统包括检测、运算和执行三个部分，相当于人的眼、脑和手，换句话说，自动化系统就是代替了人的工作，同时自动化系统的检测、运算以及执行比人要更准确更迅速从而提高了生产效率。这三个部分一般有三个装置：测量原件与变送器、自动控制器和执行器，这三个装置也就是自动化系统三个部分的“工人”。 随着我国经济和社会的快速发展，自动化仪表正在朝着智能化的方向发展，并且已经取得了较大的进步，智能化仪表实现了数字化、小型化、轻量化，但是，发展转变最大的就是实现了信号传递，也就是说化工自动化使用了现场总线技术，这样一来，将传统的模拟量信号转变为具有编码功能的数字量。化工自动化控制技术涉及到很多的现代技术，例如：控制理论技术、仪表技术、计算机技术等，从而对化工生产实现检测、控制、管理等目的，最终增加化工产量、减少消耗、生产高质量的产品的技术。化工自动化控制技术主要有三大系统组成，即化工自动化软件、硬件、应用系统。现如今，化工自动化控制成为制造行业中的最重要的技术，通过此技术可以有效的解决化工生产中出现的问题。现如今，当前我国化工自动化控制发展大部分都是从国外引进先进的设备，在投入使用一段时间后，根据企业的特点进行再次开发与利用。 在化工中，广泛运用化工仪表，而自动化控制在化工仪表起到了什么作用呢？其主要采用先进的微电脑芯片及技术,减小了仪表的体积,并提高了仪表的可靠性及抗干扰性能。实现真正的以逸待劳以及待人的目的。主要作用体现在以下几个方面：

大型火电机组热工自动控制系统

大型火电机组热工自动控制系统 一、自动化 支撑：理论与技术 从技术装置来看发展： 1．三、四十年代基地式仪表 2．五、六十年代单元组合仪表 3 ．七十年代计算机控制 国外，五十年代开始试验计算机控制 （1）DDC控制 （Direct Digital Control直接数字控制） （2）SCC控制 （Supervisory Computer Control监督计算机控制） （3）DCS控制 （Distributed Control Systems分散控制系统） （4）FCS控制 （Fieldbus Control System现场总线控制系统） 理论上看控制发展： 五十年代以前， 理论基础是传递函数（经典控制），以简单控制系统为主。六十年代，以状态空间分析方法为基础，现代控制理论应用。 由于以线性系统为前提，但实际应用效果不好。 第三代控制理论出现

针对机理复杂，精确数学模型难以建立。 理论上看控制发展： 以专家控制系统、神经网络控制和模糊控制为主。 典型应用： MAX Power 1000+ 以专家系统，神经网络进行生产过程设备故障分析和性能分析。 XDPS分散控制系统（新华控制工程公司）加入了模糊控制模块。 OVATION分散控制系统(西屋）提供模糊控制、神经网络算法模块。 二热工自动化 自动检测 顺序控制 自动保护 自动调节 我国机组近年发展： 300MW→600MW亚临界→ 600MW超临界 →1000MW（ 660MW）超超临界 一般 600 MW机组单元机组和公用系统I/O 测点数量一般约8000~9000点；控制设备数量约为 750~ 900 个。（ DCS 系统） 1000MW超超临界机组单元机组和公用系统 I/ 0 测点数量达到 12000 点左右，控制设备数量约为 1100~1400 个，模拟量控制回路数量和600MW机组无明显差别。

电压空间矢量PWM控制

文章编号：1009-0193(1999)04-0086-05 电压空间矢量（磁链追踪）PWM控制 研究与仿真 翁颖钧，吴守箴 (上海铁道大学电气工程系，上海200331) 摘要：为了提高电机的功率因数，降低开关损耗，基于气隙磁通控制原理，以电压矢量组合来逼近圆形磁链轨迹，而电压矢量的选择对应不同开关模式，因此构成电压矢量控制PWM逆变器。利用C语言仿真，该法输出电压较一般SPWM 逆变器提高15%，每次状态切换只涉及一个元件，开关损耗降低，且模型简单，适用于各种PWM调速装置。 关键词：电机；空间矢量；PWM控制 中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 1 基本原理 由电机学可知，在由三相对称正弦电压供电时，电机的定子磁链的幅值是恒定的，并以恒速ω 1 旋转。磁链矢量顶端运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场（简称磁链圆），我们可以用定子磁链的矢量式来表述： 式中，λ m 为的幅值，ω 1 为旋转角速度。当转速不是很低时，定子电阻压降较 小，可以忽略不计，则定子电压与磁链的近似关系可表示成：

上式表明，电压矢量V 1的大小等于λ 1 的变化率，而其方向则与λ 1 的运动方向一 致。由式(1)，(2) 可得： 由(3)式可见，当磁链幅值λ m 在运动过程中一定时，的大小与ω 1 (或供电电压 频率f 1 )成正比，其方向为磁链圆轨迹的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压空间矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动经过2π弧度，其轨迹与磁链圆是重合的。这时,我们就把气隙旋转磁场的轨迹与电压空间矢量联系起来。从三相逆变器—异步电机原理图(见图1)可知，为了使电动机对称工作，必须三 相同时供电，从逆变器的拓扑结构以及式(2)来看，每个输出电势V ao ，V bo ，V co 都具有二个值，例如±V d /2，如此线性组合即可得到矢量23=8种电压类型。图(2) 表示了电压空间矢量的放射状分布。每个矢量标注了 0(000)～ 7 (111)，0表 示同一桥臂的二个晶闸管的下面一个导通，1表示上侧的导通，k表示对应二进制数的十进制数。一旦开关方式确定，那么对应的k也就唯一确定。由式(4)可知： λ 为磁链矢量的初始值(4) 图1 三相逆变器—异步电动机原理图图2 电压空间矢量的分布 利用逆变器的这8种电压矢量的线性组合，就可获得更多的与V 1～V 8 相位不同的 新的电压空间矢量，最终构成一组等幅不同相的电压空间矢量，由式(4)知最终迭加形成尽可能逼近圆形旋转磁场的磁链圆，这就形成了电压空间矢量控制的PWM逆变器。由于它间接控制了电机的旋转磁场，所以也可称为磁链追踪控制的PWM逆变器。

预测控制 开题报告

杭州电子科技大学信息工程院毕业设计（论文）开题报告 题目多变量解耦预测算法研究 学院信息工程学院 专业自动化 姓名蔡东东 班级08092811 学号08928106 指导教师左燕

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 预测控制是源于工业过程控制的一类新型计算机控制算法。7 0年代后期，它已应用于美法等国的工业过程控制领域中。1978 年，理查勒特( Rchalet )等在文献【l】中首次详细阐述了这类算法产生的动因、机理及其在工业过程中的应用效果，从此，预测控制(P r e d i c t i v eC ont r o l )作为一种新型的计算机控制算法的统一名称,便开始出现在控制领域中。 预测控制算法的研究现状 1 鲁捧性问题 预测控制作为一种复杂系统的控制策略和方法，有着强烈的应用背景，它所具有的强鲁棒性已为大量的系统仿真和工业实践所证实。当对象参数未知时，通常采用参数自适应算法来估计对象参数,根据确定性等价原理，建立间接式的自适应广义预测控制。然而，当被控对象具有未建模动态、参数时变、非线性及有界干扰时，这样建立的自适应算法未必能使广义预测控制的强鲁棒性得到保持。为此，不少学者从不同的立足点出发，开展了提高算法鲁棒性的研究。 由于实际的生产过程大多是复杂的动态过程，精确建模具有特殊的困难，因而，描述对象的数学模型与实际对象特性之间不可避免地存在模型误差。尽管模型误差无法预知，但根据它的历史数据，仍有可能用某些方法对未来时刻的模型失配作出某种预报，由此提高输出预测的精度、改善算法的鲁棒性。文献【3】利用预测误差的历史数据建立误差预测模型，通过误差预测修正输出预测。文献【4】则是将人工智能方法引入预测控制，在对实际运行经验总结的基础上，选择对系统输出有重要影响却难以归并到数学模型中的状态特征作为特征量，由此建立系统状态特征与预测误差之间的定量或定性映射关系，实现对预测误差的智能补偿。 从反馈校正的实施方式出发，针对预测控制单一输出反馈的局限性，文献【5】通过分析过程的中间信息，综合利用模型预测和误差预测，针对工业串联系统提出一种多反馈的预测控制结构，及时地抑制了扰动和模型失配的影响，提高了系统的鲁棒性和抗干扰性。 此外，鉴于预测控制每一采样时刻只计算实施一个现时控制量，没有充分利用全部预测控制信号的作用，致使现时控制信号发生错误时系统性能将变差。为此，文献【6】采用加权控制律计算现时控制量，对因错误测量信号、暂时未建模动态、系统结构突变、参数估计失误及噪声影响等原因造成的错误控制信号进行有效抑制。 2 非线性系统的预测控制 非线性系统的控制一直是控制理论界的难点.对慢时变、弱非线性系统而言，基于线性动态模型的预测控制算法可取得较好的控制效果。然而，当其应用于强非线性系统时，为确保系统的鲁棒性，往往需要建立高阶线性近似模型或分段线性模型，这无疑会增加算法的复杂性。一个可行的方法是引入简单的、可辨识的非线性数学模型。例如采用Hammerstein模型作为预测模型，可实现对具有幂函数、死区、开关等非线性特性的工业过程的预测控制和采用广义卷积模型描述齐次非线性系统的输入输出关系，由此替代模型算法控制中的脉冲响应模型可获得齐次非线性系统的模型算法控制，进而可推广到更为一般的V ottera非线性系统的控制。

矢量控制(FOC)基本原理

矢量控制(FOC)基本原理 一、基本概念 1.1模型等效原则 交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，单相除外，二相、三相、四相…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。 图1 图1-1b 中绘出了两相静止绕组α 和 β ，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F 。再看图1-1c 中的两个互相垂直的绕组M 和 T ，通以直流电流 M i 和T i ，产生合成磁动势 F ，如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转 速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 1-1a 一样，那么这三套绕组就等效了。

三相--两相变换（3S/2S 变换） 在三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组α、β之间的变换，简称3S/2S 变换。其电流关系为 1112 21022A B C i i i i i αβ????- - ?????? ?= ??????? ??-????? （） 两相—两相旋转变换（2S/2R 变换） 同步旋转坐标系中（M 、T 坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为 cos sin 2sin cos M T i i i i αβ?????? ????=??????-???? ?? （） 1.2矢量控制简介 矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。