基于现代控制理论的电机应用实例_杨曌

中文摘要无功优化控制策略及补偿装置的研究对于我国电力系统的发展和经济安全具有非常重要的作用。

无功补偿装置在几十年的研究过程中，逐渐从只有独立的无功补偿器向具有动态实时无功补偿的静止无功发生装置(SVG)的转变。

在电力系统研究学者的不断努力下，具有动态无功补偿的SVG装置在我国大电网中得到了广泛的应用。

本论文主要完成了以下几个方面的内容：结合无功功率补偿的发展状况，阐述了对SVG无功优化装置研究的总体思路，对SVG装置无功补偿的电压-电流特性进行了认真的分析并建立SVG-abc和SVG-αβ动态坐标系的数学模型。

在传统直接电流id -iq控制算法的SVG装置发生器研制的基础上，提出了采用模糊控制与PI控制相结合的Fuzzy-PI混合算法的控制器设计，并通过MATLAB仿真软件对Fuzzy-PI控制器进行了仿真实验，证明了基于Fuzzy-PI算法的SVG控制器有利于电网无功功率的补偿，具有较大的实际应用效益。

最后以一个具体的35kV-SVG实验装置为例，分别从装置的硬件和软件方面介绍了SVG装置设计的要点。

并通过MATLAB仿真软件对建立的35kV-SVG装置进行14节点模拟电网的仿真实验，获得SVG装置并入系统后对系统全局各接点电压的影响，结果表明SVG装置可以有效保证系统电压的稳定，从而促进系统经济可靠的运行。

关键词：SVG；无功功率补偿；控制策略；Fuzzy-PI控制器；MATLABABSTRACTResearches on reactive power optimization control strategy and compensation devices are of great significance for the development and economic security of power system in our country. During the several decades’ research, reactive power compensation device is gradually shifting from independent var compensators to Static Var Generators (SVG) with dynamic and real-time reactive power compensation. With the scholar’s constant efforts, SVG with dynamic and real-time Reactive power compensation has been widely applied in the large electric networks in our country. This paper mainly focuses on the following contents:In combination with the development of reactive power compensation, this paper expounds a general thread of researching SVG and conducts a specific analysis on the features of voltage-current of Static Var Generators. Meanwhile, mathematical models of SVG-abc and SVG-αβ coordinate system were established. Based on the researches of SVG relying on traditional direct current i d-i q control algorithm, this paper advances Fuzzy-PI mixed algorithmic controller design upon the combination of fuzzy control and pi control. Meanwhile, simulation experiment on the Fuzzy-PI controller is carried out by using MATLAB simulation software, and the experimental result proves that SVG controller based on Fuzzy-PI algorithm conduces to reactive power compensation of the electric network and is of great practical significance.Finally, taking a specific 35kV-SVG experimental device as an example, the key points in designing SVG are introduced from perspectives of both software and hardware. By using MATLAB simulation software, 14-node simulation experiment of the established 35kV-SVG device is performed and it is found that joint of SVG takes influence on all nodes of the whole system. The result indicates that SVG can effectively guarantee the voltage steadiness of the system and thus promotes economical and safe operation of the system.Keywords: SVG; reactive power compensation; control strategy; Fuzzy-PI controller; MATLAB第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 无功补偿装置的发展概况 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本文的主要研究内容 (6)第2章 SVG装置原理及数学建模分析 (8)2.1 无功功率动态补偿原理 (8)2.2 SVG无功补偿基本原理 (11)2.3 主电路数学建模 (16)2.3.1 SVG-abc系坐标动态建模 (17)2.3.2 αβ坐标系动态建模 (19)2.4 三相四线制SVG简介 (23)第3章 SVG的控制策略研究 (25)3.1 SVG控制系统简介 (25)3.2 信号检测模块设计 (25)3.3 SVG控制器设计 (27)3.3.1 控制器设计现状 (27)3.3.2 混合算法SVG控制器设计 (27)3.3.3 实例仿真 (28)3.4 SVG工作死区效应分析 (33)第4章 35kV-SVG实验装置设计 (39)4.1 SVG实验装置逻辑结构 (39)4.2 硬件设计 (39)4.2.1 SVG控制系统 (39)4.2.2 微处理器单元 (40)4.2.3 数模A/D采样单元.........................................................错误！未定义书签。

电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化朱曰莹;赵桂范;杨娜【摘要】为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律.以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型.针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)011【总页数】11页(P88-98)【关键词】电动汽车;开关磁阻电机;动态特性;同步优化【作者】朱曰莹;赵桂范;杨娜【作者单位】哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;天津大学机械工程学院天津 300072;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209【正文语种】中文【中图分类】TM3151 引言开关磁阻电机驱动系统具有结构简单、成本低、可靠性高、性能优越等优点[1]，使其成为电动汽车驱动系统的最优选方案之一[2,3]。

然而开关磁阻电机过大的转矩脉动对电机本身及电动车传动机构是非常有害的[4]，另外电机的效率直接决定着电动汽车的续驶里程，因此，在电动车驱动系统中，降低开关磁阻电机脉动、提高输出效率，对电动车获得良好的牵引特性具有至关重要的意义。

由于开关磁阻电机的非线性特性，使得改善其转矩脉动、提升其输出效率的动态特性优化设计方法更加的复杂和困难。

现阶段国内外针对开关磁阻电机动态特性改善的研究主要有两种：①对电机定子[5]、转子[6]以及绕组形式[7,8]等各部分结构参数进行电磁设计优化，该方法能从电机结构本体上进行电机动态特性的改善，但是缺点是电机参数组合较多，电机整体性能优化较困难；②从开关磁阻电机驱动系统出发，利用基于现代控制理论的优秀控制算法、最佳的电机结构参数组合实现电机动态特性的提升，如模糊补偿控制[9]、滑模控制[10,11]、自适应控制[2,12]、人工神经网络控制[13,14]等。

基于人工智能技术在电气自动化控制中的应用分析杨博摘要：在全面深化改革的经济发展进程中，电气工程领域蓬勃发展，先进技术手段被广泛应用于电气自动化控制，增强自动控制能力。

现如今，智能技术应用成为电气自动化控制的重点，从简述智能技术的应用入手，探究其在电气自动化控制中的应用途径，进一步提高电气自动控制水平。

关键词：智能技术；电气工程；自动化控制；应用电气工程自动化控制是现代社会进步的必然结果，是推动现代文明的重要力量，基于智能技术的电气自动化控制不仅提高控制效率，还节省成本，满足工业的改革与发展需求。

因此，在电气自动化控制中应用智能技术具有重要意义。

1智能技术应用简述对于电气自动化控制而言，智能技术的应用指的是综合应用计算机技术、精密传感技术、ＧＰＳ技术等。

电气工程是对计算机应用、系统运行和信息处理等进行的研究，计算机领域非常关键的一个指标就是智能技术，目前智能技术在电气自动化控制中的应用越来越广泛，主要体现为智能技术系统、处理能力、图像识别以及语言识别等环节，加强对电气工程ＰＬＣ系统和故障诊断、设备设计等的自动化控制，显著改善人员作业环境，在保证人员作业安全性的同时促进工作效率与质量的提升。

2电气自动化控制中智能技术的应用途径2.1可编程逻辑控制器技术的应用可编程逻辑控制器就是ＰＬＣ，其内部存储大量操作指令，主要有逻辑运算、定时、顺序控制等。

在实际生产中，ＰＬＣ凭借更强的抗干扰性和稳定性逐步取代继电控制器，在电气自动化系统中得到广泛应用。

比如对于大型电力企业而言，逐步用ＰＬＣ替换电气工程中的实物元器件，不仅实现供电系统切换的自动化，还大大提高供电系统的稳定性、安全性。

除此以外，要发挥ＰＬＣ各项功能，需依赖其内部半导电路，通过程序的形式存储控制逻辑，更好地适应日益复杂的电气系统运行环境，保证技术性能稳定。

2.2电气自动化故障诊断技术应用电气系统的运行中存在发动机、变压器等故障问题，不但不利于运行安全和运行效率的提升，还增加检修难度。

电气自动化在电气工程中的应用杨钊发表时间：2019-11-26T15:44:50.003Z 来源：《中国西部科技》2019年第21期作者：杨钊[导读] 电气自动化技术无论在日常生活，还是在社会经济建设当中，都发挥了重要的作用，为社会发展做出了巨大贡献。

另外，电气自动化涉及领域较广，包括信息综合处理技术、安防监控技术等，将其运用到电气工程领域中，对电气工程发展能够起到进一步的推动作用。

基于此，加强对电气自动化在电气工程中运用的研究具有十分现实的意义。

杨钊深圳市博研商用设备有限公司摘要：电气自动化技术无论在日常生活，还是在社会经济建设当中，都发挥了重要的作用，为社会发展做出了巨大贡献。

另外，电气自动化涉及领域较广，包括信息综合处理技术、安防监控技术等，将其运用到电气工程领域中，对电气工程发展能够起到进一步的推动作用。

基于此，加强对电气自动化在电气工程中运用的研究具有十分现实的意义。

关键词：电气自动化；系统；电气工程；应用分析引言近年来，我国电力事业获得了前所未有的发展，这一方面是得益于我国电这一能源的全面普及，另一方面，也是由于我国居民的用电需求极大地增加。

在这样的背景下，电气工程建设的有效性、安全性等方面的质量就愈发受到整个社会的关注。

而在电气工程日常运行的过程中，有一个不容忽视的部分，那就是对其电气自动化体系的控制。

这一系统作为我国各地区的电气工程共同的核心，如若其出现障碍，不仅会影响我国电气工程的整体运行质量，甚至还会导致波及甚广的安全性事故。

1电气自动化技术概述电气自动化指的是在传统电气工程基础上形成的一种电气工程新模式，是电气工程的重要分支。

在我国科学技术不断发展过程中，生产力得到解放，电气自动化技术在各个领域中都开始有了广泛运用，无论从家庭电路设计，还是国家电网工程，都有电气自动化的支持，可以说电气自动化发展与人民日常生活、社会实践发展都具有密切的关系。

电气自动化技术并非单一技术，融合了信息处理技术、电子科技等，是一项系统的技术类型。

第24卷　第4期2000年8月武汉交通科技大学学报Journal of Wuhan Tra nspo rtation Univ ersityV o l.24　No.4August2000运用现代控制理论的异步电机矢量控制技术杨胤铎　李汉强(武汉交通科技大学信息工程学院　武汉　430063)摘要:运用现代控制理论的异步电机矢量控制技术讨论了观测器理论和模型参考自适应系统理论及应用.介绍了带速度传感器的异步电机转子参数辨识原理.并对无速度传感器矢量控制系统作了简要介绍.关键词:异步电机;矢量控制;现代控制理论中图法分类号:T P13 德国学者首先提出磁场控制理论(即矢量控制理论),解决了交流电机解耦与转矩控制问题,极大地推动了交流调速的发展.经过各国学者的共同努力,矢量控制技术成功地运用于工业生产实践,并产生了巨大的经济效应.矢量控制的基本思想是,利用坐标变换将三相系统转换为二相系统,再通过按转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子磁链分量与转矩电流分量的解耦,从而达到对交流电机的磁链与电流分别控制的目的.这样一来,交流电机可以等效为直流电机,控制转矩电流,获得与直流电机同样优良的静动态性能.通常,交流电机的磁链是通过电机的数学模型获得的,同时还要状态观测器.在交流电机的数学模型中,需要用到电机参数(如转子电阻),而这些参数往往会随电机周围环境变化而变化.因此,电机参数变化将会严重影响电机数学模型的精确性,一方面会使磁链和转矩偏离指令值,不能达到准确的磁场定向,从而引起额外损耗和最大转矩降低;一方面系统动态响应时间延长达不到所要求的动态性能指标.状态观测器一般是由电机转子方程(即电流模型)建立的,从而得到转差频率型异步电机矢量控制系统.在基于观测器矢量控制系统中,观测器的增益是可变的.于是,通过适当选择增益大小,可使电机参数变化的影响达到最小程度,调速系统则具有较强的鲁棒性.要达到上述目的,常利用定子方程(即电压模型)来实现.然而在控制系统中引入电压模型,就会引入定子电阻等新参数,系统实现较强的鲁棒性并非易事.因此,有必要在此方面深入研究.参数辨识理论简单易行,不失为一种提高系统性能的好方法.无速度传感器的异步电机矢量控制技术是矢量控制技术领域中的重要研究课题.采用这种技术可以减少硬件设备(如速度传感器等),提高整个系统运行的可靠性.因此,这项技术具有广阔的应用前景.1　电机参数辨识1.1　异步电机状态方程由异步电机d-q轴系的电压方程式可以得到下列状态方程:pi sd=v sde L s-(r se L s+M2e L s L r)i sd+k i sq+M e re L s L rj rd+M k re L s L rj rq(1) pi sq=v sqe L s-k i sd-(r se L s+M2e L s L r)i sq-M k re L s L r j rd+M e re L s L r j rq(2)p j rd=e r Mi sd-e r j rd+(k-k r)j rq(3)p j rq=e r Mi sq-(k-k r)j rd-e r j rq(4)式中:r s,r r为定子、转子电阻;e r为转子系数;L s, L r为定子、转子自感;k r为转子角频率;M为定转子间互感;e为漏磁系数;p为微分算子;k为定子角频率;e=1-(M2/L s L s);e r=r r/L r;p=d/d t⒇收稿日期:20000405 杨胤铎:男,23岁,硕士1.2　参数辨识原理运用模型参考自适应系统理论(M RAS ),可以实现电机参数在线辨识.图1为M RAS 方框图.矢量控制通常是利用电流模型来实现的,而电压模型常作为自适应系统的参考模型,矢量控制的电机作为一个可调节子系统,由此构成典型的模型参考自适应系统.在这个典型系统中,电机转子电阻可以进行辨识.应该注意到,在该系统中,由于电压模型中定子电阻也会随环境温度变化而变化.尤其是在低速运行时,定子电阻的变化将会严重影响自适应系统系统的稳定性以及辨识的准确性.由此引入一新课题,即如何实现对定转子电阻的同时辨识.本文将介绍一种估计磁链的自适应观测器,实现对定转子电阻的同时辨识.图1　模型参考自适应系统原理图全状态观测器的状态方程如下:pi sd =v sde L s -(r *se L s +M 2e *re L s L r)i sq +k *i sq +M e *r e L s L rjrd +g 1(i sd -i sd )-g 2(i sq -i sq )(5)pi sq =v sq e L s -k *i sd -(r *s e L s +M 2e *r e L s L r )i sq -M k r e L s L rj rd +g 2(i sd -i sd )+g 1(i sq -i sq )(6)p j rd =e *r Mi sd -e *r j rd +g 3(i sd -i sd )-g 4(i sq -i sq )(7)k *=k r +e *r Mi rq /j rd +g 4(i sd -i sd )/j rd +g 3(i rq -i rq )/j rd (8) 利用李雅谱诺夫函数可推导出定转子电阻参数辨识算法.此算法由下列方程给出,即图2　自适应观测器(d-q 轴系)pr *s =_1[(i sd -i sd )i sd +(i sq -i sq )isq ](9)pr *r =_2[(i *sd -i sd )(i sd -j rd /M )+(i sq -i sq )i sq ](10) 图2所示为在旋转坐标系下的自适应观测器.由图可知,通过观测器可获得转子磁链角频率、幅值以及定子电流估计值.图3所示为d-q 轴系下异步电机矢量控制系统原理图.1.3　无速度传感器矢量控制原理在无速度传感器矢量控制系统中,由于转子角速度不能直接测量,我们只有从电机数学模型出发,利用电机可测参数(如定子电压与电流),建立速度观测器,推算出转子角速度,从而获得矢量变换中最重要的参数——转子磁链位置角θ.日本学者Tsuji 提出了一种基于观测器理论的速度估算方法,速度推算用的是转子磁链q 轴分量而不是定子电流q 轴分量.这种方法的优点在于引入了电流模型中的磁链参数,并避免了初始值和纯积分器漂移带来的诸多问题.下面将给出这种速度观测器的数学模型:p j rd =L r Mv *sd -L r M (r *s +e L s p )i sd +e L r L s Mk *i sq +k *j rq +λ(j *rd -j rd )(11)p j rq =L r M v *rq -L r M(r *s +e L s p )i sq -e L r L s Mk *i sd -k *j rd +λ(j *rq -j rq )(12)图3　基于观测器的矢量控制系统(d -q 轴系)·454·武汉交通科技大学学报2000年　第24卷j sd =e L s i sd +M L r j rd(13)j sq =e L s i sq +M L r j rq (14)k r =K ω(1+1T ωp)jrq(15)p θ*=k *=k r +e *r i *sq /i *sd(16)式中,λ为观测器增益.“*”表示计算机指令值.在电流模型中,转子磁链指令值q 轴分量等于零.式(15)即为速度推算公式.由式(16)可得到转子磁链位置角.下面给出无速度传感器的异步电机矢量控制系统结构框图,如图4所示.图4　无速度传感器的异步电机矢量控制原理图参考文献1　李汉强.异步电机新型矢量控制系统建模与数字仿真.电气传动,1996(2):5～102　冯垛生,曾岳南.无速度传感器矢量控制原理与实践.北京:机械工业出版社,1997.43　M ineo Tsuji,Chen S,L zumi K,Ohta T.A Speed sen-so r less inductio n mo tor v ector co ntro l system using q -axis flux with par ameter Identification.Conf Rec.I EEE-I ECON ,1997.960～9654　M ineo T suji,E iji Yamada.Adv anced v ector co nt ro lfo r induc tio n mo tor driv es.Sa rr ento,Inductio n M o to r Driv e ,1998.A 1-1-A 1～7,3～55　Sco tt Wade,M atthew WDunniga n,Ba rr y W.Williams.A new method of ro tor r esista nce estima-tion fo r v ecto r co nt rolled inductio n machines .IEEET rans Industia l Electro nics ,1997,44(2):247～257V ecto r Co ntrol Tech nolog y of Induction Mo to rsBased o n Advanced Co ntrol Theo ryYang Yinduo Li Hanqiang(College of Information Tec hnology ,W TU ,W uhan 430063)AbstractVecto r co ntrol technolog y of inductio n mo to rs based o n adv anced co ntro l theory is presented indetail .First the ro to r resista nce identifica tion principle of vecto r contro lled inductio n mo to r driving systems w ith speed senso r is intro duced.Then the speed sensorless v ector co ntrolled system is de-scribed.Emphasis is placed o n the theo ry of o bserv ers a nd model reference adaptive control system (M RAS )in this paper .Key words :Induction M otors ;v ecto r co ntrol ;modern co ntrol theo ry·455·　第4期杨胤铎等:运用现代控制理论的异步电机矢量控制技术。

机电设备电气应用控制策略杨扬发布时间：2021-08-17T08:19:46.215Z 来源：《电力设备》2021年第6期作者：杨扬吴世肖[导读] 随着科学技术的飞速发展，机电设备的生产规模也越来越大，电气化的应用也越来越多。

为了满足当前电气化的应用需求，对机电设备的电气应用策略和解决方案进行分析是非常重要的。

杨扬吴世肖（河北艾福莱自动化科技有限公司）摘要随着科学技术的飞速发展，机电设备的生产规模也越来越大，电气化的应用也越来越多。

为了满足当前电气化的应用需求，对机电设备的电气应用策略和解决方案进行分析是非常重要的。

关键词机电设备，电气应用，控制策略引言机电设备是一种电子与机械相结合的新型机械。

机电设备产品具有人工智能电子智能操作的优点，可以方便地转换为现代机械操作，是一种具有优良优势的电气设备。

但是机电设备在实际应用的过程中，需要进行良好的控制，才能进行更有效的运用。

一、机电设备电气应用控制内容机电设备系统具有复杂性，包括各类机械设备和机电设备，机械设备是机电设备系统的重要组成部分。

随着我国科学技术的飞速发展，对机械设备技术进行不断的创新，同时不断调整机械设备结构，有效实施机电一体化模式，提高机械制造业整体工作水平，向更加复杂和精细化的方向发展。

通过机械设备的创新发展，机电设备逐步向智能化、多元化、自动化、数字化、柔性化等方面发展，现代设备工作制度也得到快速创新。

机电设备在电气控制过程中占有重要的应用地位。

电气控制实现对电气设备的电压、电流、频率、联锁、速度等的控制，符合工艺操作的相关要求，为了协调各种工艺程序，一般采用继电器触点控制方式。

二、机电设备电气控制原理在机电设备的电气控制过程中，应用电路来控制各种电路，控制系统主要由行程开关、按钮、继电器、接触器等复杂条件组成。

这些不同连接方式的组合，实现了对机电设备的有效控制，某些工作程序包括设备启动模块、正反转模块、制动模块、速度控制模块和保护模块实现了机器设备生产过程的自动化开发。