复杂电能变换系统的哈密顿建模与综合协调控制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61174131
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
于海生
依托单位：
青岛大学
学科分类：
F03.自动化
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
陈兵；于金鹏；董心壮；吴贺荣；丁军航；郑建芬；宋强；李海龙；
关键词：
综合控制能量成形四象限哈密顿系统电能变换

项目摘要

复杂电能变换系统的建模与非线性控制是亟待解决的科学问题。本项目将由网侧变流器和机侧变流器及电机构成的背靠背四象限复杂电能变换系统作为多端口的能量变换装置，采用端口受控哈密顿（PCH）系统方法，依靠能量成形、互联和阻尼配置，并向端口注入能量来确定系统的综合控制性能。从哈密顿运动方程出发，建立背靠背四象限电能变换系统的PCH模型，并对模型的能量平衡、耗散、无源、互联和阻尼特性进行分析。给出系统的PCH基本控制和扩展控制原理，并设计控制器和观测器。基于无源性理论、能量Casimir方法、Lyapunov方法、L2增益技术，分析系统的稳定性和鲁棒性。搭建系统仿真与DSP控制实验平台，通过仿真与实验验证新控制方法的有效性。最终建立背靠背四象限电能变换系统的能量成形与PCH综合控制体系，以解决因网侧机侧独立控制、系统参数和负载变化而影响系统整体控制性能等问题，具有重要的科学意义和工程应用价值。

结项摘要

复杂电能变换与交流电机系统的建模与非线性控制是亟待解决的科学问题。本项目将由PWM功率变换器与交流电机构成的复杂电能变换系统作为多端口的能量与信号变换装置，采用端口受控哈密顿（PCH）系统方法，依靠能量成形、互联和阻尼配置，并向端口注入能量来实现复杂电能变换与交流电机系统的的PCH建模与综合协调控制。复杂电能变换系统包括三相PWM整流器、三相PWM逆变器和背靠背PWM变换器。交流电机包括异步电动机、永磁同步电动机、双馈电动机等。从哈密顿运动方程、交流电机和PWM功率变换器的特性出发，建立复杂电能变换与交流电机系统的网侧和机侧PCH模型，并对模型的能量平衡、耗散、无源、互联和阻尼特性进行分析。项目提出闭环状态误差PCH系统结构及其控制原理，给出系统渐近稳定条件和控制器求取方法，并设计网侧和机侧PCH控制器。为消除直流母线电压稳态误差，网侧引入PI控制。机侧采用观测器技术实时估计未知负载转矩。通过网侧和机侧协调控制，实现电机四象限运行、能量双向流动、直流母线电压可控、网侧单位功率因数等控制目标。利用能量成形、互联配置和阻尼注入方法，给出了复杂电能变换与交流电机系统的PCH基本控制原理。基于滑模控制、自适应控制、L2增益、自适应阻尼注入、模糊控制、神经网络控制、自适应模糊反步等控制方法，研究了复杂电能变换与交流电机系统的PCH扩展控制原理。基于无源性理论、能量Casimir方法、Lyapunov方法、L2增益技术，分析系统的稳定性和鲁棒性。搭建系统仿真与DSP控制实验平台，并与交流电机矢量控制等方法进行了对比研究，通过仿真与实验验证新控制方法的有效性。研究结果具有重要的科学意义和工程应用价值。