12、变速电气驱动的完全最优控制仿真工具

变速电气驱动的完全最优控制仿真工具

1. 引言

在当今工业发展中，能源问题至关重要，而电气机器作为全球主要的能源消耗者，对其进行优化控制以提高能源效率具有重要意义。本文借助Matlab软件，旨在开发针对电气机器的最优控制知识，构建高效的驱动系统。

1.1 能源问题与研究意义

工业系统的发展和生活质量的提升对电能的需求日益增长，同时也要求以低污染的方式生产和利用能源。电气机器消耗了大量的电能，即使每台电机的耗电量有微小的降低，在国家和国际层面也会产生重要影响，如减少用于发电的化石燃料消耗，降低二氧化碳排放。

目前，关于电气机器节能的研究主要集中在以下几个方面：
1. 直接转换 ：重新设计电动机以提高效率。
2. 电力电子系统 ：引入具有较低开关损耗的静态转换器。
3. 控制实现 ：利用新一代数字信号处理器（DSP）的增强功能来控制转换过程。

1.2 传统方法的局限性

电机在稳态运行时效率较高，但在瞬态过程中效率很低。传统的动态规划工具虽然在某些情况下可以获得最优解，但需要提前知道转矩和速度的值，对于传统电气驱动系统，由于负载转矩在过程的最终时刻无法提前得知，该方法往往失效。

1.3 本文的解决方案

本文提出的最优控制方法克服了传统方法的局限性。该方法基于变分法，通过对矩阵Riccati微分方程（MRDE）进行数值积分来获得最优解。此解具有三个部分：
1. 包含电气驱动系统的参考状态。
2. 通过前馈控制快速补偿