文档介绍：
基于哈密顿系统理论的永磁同步电动机鲁
棒控制#

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摘要:针对永磁同步电机调速系统存在的模型摄动和外部扰动等不确定性因素,提出了一种
基于哈密顿系统理论的双环路鲁棒控制方法。首先,从系统的物理特性出发将永磁同步电机
的动态模型转化为等价的耗散哈密顿系统模型,然后在内环控制中通过结构矩阵和能量函数
重构,实现了平衡点的配置和动态性能的改善。最后,在外环控制中根据哈密顿系统理论设
计了鲁棒控制器,提高系统对负载扰动的鲁棒性。与传统控制方案的仿真比较研究验证了本
文所提鲁棒控制器的有效性。
关键词:永磁同步电动机;哈密顿系统;结构重构;鲁棒控制
中图分类号:TP391
Robust Control of Permanent Synchronous Motor
Based on Hamiltonian System Theory

Abstract: Permanent synchronous motors (PMSM) always suffer to disturbances of
un-modeled dynamic and external world. This paper investigates the double-loop robust control of
PMSM based on Hamiltonian system theory. First, the dynamic model of the PMSM is transferred
to its equivalent Hamiltonian system model which can extensively present the physical property of
the system. Then, in the inner loop we design a feedback controller to realize the assignment of
structure matrix, Hamiltonian function and equilibrium point and to enhance the dynamic
performance of the system. Finally, we put forward an outer loop robust controller to improve the
robustness to external load disturbance. parison with the traditional control scheme
demonstrates the effectiveness of the proposed robust controller.
Keywords: Permanent synchronous motor; Hamiltonian system; Structure reconfiguration;
Robust control
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0 引言
随着电力电子和变频电源技术的发展,永磁同步电动机已成为交流伺服系统的主流。永
磁同步电动机具有典型的多变量、强耦合非线性特性。目前多种非线性控制方法被应用于永
磁同步电动机伺服控制系统的高性能控制研究。文献[1]和[2]采用 Backstepping 自适应控制
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方法研究了永磁同步电动机的控制问题,但设计计算量较大。张细致等基于滑模观测器和变
结构控制方法构建了永磁同步电动机的电机无位置传感器控制系统[3],但滑模观测器的抖振
问题和相位延迟会影响电机转速估计的精度。林立等通过非线性解耦将电机转化为线性模
型,并结合最大转矩比电流控制和鲁棒控制设计了控制策略[4],Lee 等则将前馈控制和鲁棒
控制相结合设计了鲁棒控制器[5],但在控制过程中未能利用电机本身的物理特性,所设计的
控制器结构较为复杂。
永磁同步电动机具有典型的能量转换、传输和耗散特性,而哈密顿系统理论正是从能量
的观点看待受控系统,并利用系统内在的结构耗散特性设计物理意义明确、结构简单的反馈

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控制器,在电力系统非线性控制研究中得到了广泛关注[6-8]。于海生等基于永磁同步电动机
的哈密顿系统结构特点并通过能量整形配置设计了镇定控制器[9],文献[10]则利用系统的无
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源性设计了转速控制器。裘君等基于永磁同步电机的哈密顿系统模型采用混合增益控制方法
提高系统的速度跟踪性能[11]。文献[12]研究了在内环无源控制基础上增加外环自抗扰控制器
的永磁同步