29、电压源逆变器供电的三相异步电动机的非线性最优控制

电压源逆变器供电的三相异步电动机的非线性最优控制

1. 引言

感应电动机凭借其出色的转矩和功率特性，以及在恶劣多变工况下的可靠性能，在电力牵引和推进领域得到了广泛应用。然而，由于其非线性和多变量的结构，相关的非线性控制问题颇具挑战性。此外，感应电动机反馈控制的实施依赖于对一些不可测量状态变量（如转子磁通量）的估计。

一方面，状态估计方法有助于识别感应电动机动态模型中的多个参数；另一方面，参数变化和外部扰动始终可能出现，因此鲁棒性是感应电动机控制回路的必要条件。在感应电动机的非线性控制方法中，主要可分为基于全局线性化变换的方法（如基于李代数的控制）、反步控制和滑模控制等。对于相关的最优控制问题，常见的解决方案基于线性模型假设下的模型预测控制以及非线性模型预测控制。在电动汽车和列车电力牵引系统中，提高感应电动机控制回路的性能仍是一个有待解决的挑战。

本文提出了一种用于由三相电压源逆变器供电的感应电动机集成系统的新型非线性最优（$H_{\infty}$）控制方法。该方法基于以下两点：
1. 使用一阶泰勒级数展开对电压源逆变器供电的异步电动机的动态模型进行近似线性化。
2. 计算相关的雅可比矩阵。

线性化点在控制算法的每次迭代中更新，由电压源逆变器供电的电动机的状态向量的当前值和控制输入向量的最后采样值定义。由于泰勒级数展开中高阶项的截断而产生的建模误差是一种扰动，可通过控制方案的鲁棒性进行渐近补偿。对于电压源逆变器供电的感应电动机的近似线性化模型，设计了一种稳定的$H_{\infty}$反馈控制器。

1.1 $H_{\infty}$控制器的优势

所提出的$H_{\infty}$控制器为电压源逆变器供电的