异步电动机变频驱动系统效率优化控制研究

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异步电动机是工业生产中应用最多、最广泛的一种动力设备,其耗电量占总发电量的60%左右,为此如何提高异步电动机的运行效率一直是一个具有战略意义的研究课题。本文分析了异步电动机驱动系统的效率问题,并系统研究了异步电动机的效率优化控制问题,主要的研究工作如下:   1)针对异步电机轻载稳态运行时电机的效率优化控制问题,提出了自适应反步控制方案。采用Lyapunov函数在设计控制律的同时,能直接建立参数的自适应律,保证了系统的稳定性,该方法充分利用了系统的非线性特性,并且直接补偿了不确定扰动和参数变化的影响,而且避免了建立负载转矩观测器,简化了控制系统结构。该控制策略在保证系统稳定性和控制性能的前提下,实现了电机轻载稳态运行效率的提高。   2)提出了一种基于改进的自抗扰控制器的异步电动机效率优化控制方案。采用改进的自抗扰控制器(ADRC)来实现电机转速和转子磁链的动态解耦控制。保证了轻载时异步电动机效率优化运行的同时,转速响应的快速性。该控制器省去了微分跟踪器(TD),采用了线性的扩张状态观测器(ESO)和线性状态误差反馈控制律(LSEF),简化了控制器的结构,改进后的控制器算法简单,保证了控制的快速性,而且提高了电机轻载运行时的效率。   3)针对最大转矩每安培控制方法提出了一种基于Laguerre函数模型的定子电流预测函数控制器,该方法在实现控制方案时,不需要事先知道系统的精确模型,在线计算量小,能够自动辨识对象的参数变化,调整控制规律,实现自适应控制。该控制策略使系统的动态性能有了明显的改善并且保证了电机效率的提高。   4)提出了一种异步电动机动态效率滚动优化控制方案。该控制方案采用滚动优化的策略,在每个优化时窗内刷新电机可控损耗性能指标,并实时给出该时窗内保证可控损耗最小的定子电流分量控制律,并结合改进的自抗扰控制器对定子电流分量子系统进行动态解耦控制,不仅保证了系统的控制性能,而且实现了异步电动机驱动系统动态运行过程中的效率优化。该控制方法在满足系统的控制性能要求的前提下,有效实现了系统的全程效率优化。
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