交流转矩伺服系统H∞鲁棒控制

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2006.02.042 第28卷第2期 北京科技大学学报 Vol.28 No.2 2006年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2006 交流转矩伺服系统H。鲁棒控制 张卫冬1)余达太1)晏蔚光2)李果1)黄孝斌3》 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084 3)北京佰能电气技术有限公司，北京100096 摘要以交流转矩伺服系统简化模型为控制对象，设计了基于H鲁棒稳定控制器的两自由度 内模控制器，仿真实验结果表明，在系统参数存在摄动的情况下，与传统控制器相比系统跟随性 能、鲁棒稳定性均有所提高，有效抑制了参数摄动对系统性能的影响. 关键词伺服系统；转矩；鲁棒控制；内模控制；H控制器 分类号TP273 基于鼠笼电机的交流转矩伺服系统高阶次、 提高 非线性、强耦合的数学模型，用矢量控制方法通过 1交流转矩伺服系统简化数学模型 坐标变换将交流电机等效成直流电动机，所以可 以采用直流电机的控制器设计方法选择交流转矩 1.1 考虑参数变化的简化磁链模型 伺服系统的控制器参数.但是采用这种方法存在 Lm(Ro+△R) (1) 的问题是：(1)模型简化过程中有一些假设，忽略 P,=sL+(Ro+△R,) 了一些次要因素，但是控制器设计过程中没有考 其中，R0为转子电阻的标称值，△R,为转子电阻 虑这些影响；(2)对参数变化敏感，如果实际参数 的变化值，L,为doq坐标系上等效二相转子自 变化，实际效果难于达到理论分析的效果.要解 感，Lm为d0g坐标系上同轴定子与转子绕组的 决上述问题，使系统满足高性能助力系统的要求， 互感. 必须采用新型的控制算法.针对传统PID算法的 1.2考虑参数变化的电磁转矩简化模型 局限性，学术界提出了自适应控制13]，其优点是 kk（中o+△p) 原理简单、自适应速度快，缺点是系统过于复杂、 Pr.=,2TL+[T,(Ro+△R)+L]s+(R0+△R) 易受扰动的影响；也有学者采用智能控制（模糊控 (2) 制、神经元网络控制和遗传算法等)来解决模型变 其中，中0为磁链的标称值，△妙，为磁链的变化值， 化问题[48】，但是模糊控制需要经过大量的现场 R。为直流等效电阻的标称值，△R为直流等效电 实验来调整控制器，神经元网络、遗传算法等不同 阻的变化值，，为功率器件的电压放大系数. 程度存在实时性差的问题；近年来也有学者提出 k4,=npx(Lm/L,)×0.78. 了采用H。控制算法来解决感应电机调速系统的 抗干扰控制[910] 式中，n。为电机极对数，T,为功率器件的滞后时 间，L为直流环节等效负载电感 基于鼠笼电机的交流转矩伺服系统的特点是 负载转矩实时变化、模型参数变化、要求响应速度 2抗参数变化H。鲁棒控制器的设 快、要求抗干扰能力强.本文针对交流转矩伺服 计方法 系统的特点引入两自由度控制，对鲁棒调节器和 系统扰动主要有两类：(1)参数摄动；(2)来自 跟随控制器分开设计，采用H~控制理论设计鲁 外部的干扰.对于交流转矩伺服系统扰动主要来 棒控制器，采用基于内模控制的控制理论设计跟 自参数摄动，因而所研究的鲁棒控制器主要抗参 随控制器，使系统的鲁棒性能和跟随性能都有所 数摄动. 收稿日期：2004-10-26修回日期：2005-06-22 设被控对象给定如下： 基金项目：北京市自然科学基金重大研究项目(No x=[A+△A]x+[B+△B]u(3) KZ200410005001) 式中，A,B为已知定常阵，摄动阵△A（t), 作者简介：张卫冬(1975一).男，助理研究员，博士

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 劝 。 交流转矩伺服系统 鲁棒控制 张 卫 冬 余达 太 晏蔚光 李 果 黄 孝斌 北京科技大学信息工程学 院 ， 北京 清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室 ， 北京 北京佰能 电气技术有限公司 ， 北京 摘 要 以交流转矩伺服系统简化模型 为控制对象 ， 设计 了基于 二 鲁棒稳定控制器 的两 自由度 内模控制器 仿真实验结果表 明 ， 在 系统参数存在摄 动的情况 下 ， 与传统控制器 相 比系统跟 随性 能 、 鲁棒稳定性均有所提高 ， 有效抑制了参数摄动对 系统性能的影响 关链词 伺服 系统 转矩 鲁棒控制 内模控制 。 控制器 分类号 基于 鼠笼 电机 的交 流转 矩 伺 服 系统高 阶次 、 非线性 、 强藕合的数学模型 ， 用矢量控制方法通过 坐标变换将交 流 电机 等效成直流 电动机 ， 所 以可 以采用直流 电机 的控制器设计方法选择交流转矩 伺服 系统的控制器参数 但是采用这 种方法 存在 的问题是 模型 简化过 程 中有 一 些 假设 ， 忽略 了一些 次要 因 素 ， 但是 控制器 设 计过 程 中没 有考 虑这些 影响 对 参数变化 敏 感 ， 如果 实际 参数 变化 ， 实 际效果难于 达 到 理论 分析 的效 果 要 解 决上述 问题 ， 使系统满足高性能助力 系统的要求 ， 必须采用新型 的控制算法 针对传统 算法 的 局 限性 ， 学术界提 出 了 自适应控制 ‘一 ， 其优 点是 原理 简单 、 自适应速 度快 ， 缺 点是 系统过 于 复杂 、 易受扰动的影 响 也有学者采用智能控制 模糊控 制 、 神经元网络控制和遗传算法等 来解决模型变 化问题 〔 川 ， 但 是 模 糊 控 制 需 要 经 过 大 量 的 现 场 实验来调整控制器 ， 神经元 网络 、 遗传算法等不 同 程度存在实时性差 的问题 近 年来也 有 学 者提 出 了采用 二 控制算法来解决感应 电机调速 系统 的 抗干扰控制〔 一 基于 鼠笼 电机的交流转矩伺服 系统 的特点是 负载转矩 实时变化 、 模型参数变化 、 要求响应速度 快 、 要 求抗干 扰能 力强 本 文针对 交流 转矩 伺服 系统 的特点引入两 自由度控制 ， 对 鲁棒调 节 器 和 跟 随控制器分开设 计 ， 采用 。 控 制理 论 设 计 鲁 棒控制器 ， 采用基 于 内模控制 的控 制理 论设 计跟 随控制器 ， 使 系统 的鲁棒性 能和跟 随性能都有 所 收稿 期 准。 龙 修回 日期 一 一 垂金 项 目 北 京 市 自 然 科 学 基 金 重 大 研 究 项 目 作者简介 张卫冬 一 ， 男 ， 助理研究员 ， 博士 提高 。 交流转矩伺服系统简化数学模型 考虑参数变化 的简化磁链模型 尸汽 司 司 △ 其中 ， 为转子 电阻 的标称值 ， △ 为转 子 电阻 的变化值 ， 为 坐 标 系 上 等 效 二 相 转 子 自 感 ， 为 坐 标 系 上 同轴 定子 与转子 绕组 的 互感 。 尸 考虑参数变化的电磁转矩简化模型 户汽 沪 △再 了 ， 工 尺。 △尺 毛 ， 尺。 △尺 其 中 ， 沪 为磁链 的标称值 ， △沪 为磁 链 的变化值 ， 。 为直流等效 电阻 的标称值 ， △ 为直 流等效 电 阻 的变化值 ， 为功率器件的电压放大 系数 ， 「 “ 。 · · 式 中 ， 。 为电机极对 数 ， 为功率 器件的滞后 时 间 ， 为直流环节等效 负载 电感 抗参数变化 鲁棒控制器的设 计方法 系统扰动主要 有两类 参数摄动 来 自 外部的干扰 对于交流转矩 伺服 系统扰动主要 来 自参数摄动 ， 因而 所研 究的鲁棒控 制器 主要 抗 参 数摄动 设被控对象给定如下 全 △ △丑 式 中 ， ， 为 已 知 定 常 阵 ， 摄 动 阵 △ ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．02．042

·186· 北京科技大学学报 2006年第2期 △B(t)关于t连续可微且满足下述匹配条件： 根据定理1，使被控系统二次稳定的控制器 [△A(t)△B(t)]=EE(t)[F.Fb](4) 为： 式中，E,F。,Fb是具有适当维数的已知矩阵， (t)是未知函数矩阵且(t)∈2，其中2= K=-(p+ i(t)川T(t)(t)≤I,Vt}. 3.2转矩子系统鲁棒稳定控制器设计 对于被控对象(3)，考虑状态反馈控制器“= 把考虑参数变化的电磁转矩简化模型写成状 Kx,则闭环系统给定如下： 态空间形式： =[A+BK+EE(t)(F.+FK)]x (5) +[B+△B]4,y= 由参考文献[11]的定理可知，系统(5)的二次 -[A+△A]J 稳定的充分必要条件是A+BK为稳定阵且 (11) ‖(F。+FbK)(sl-A-BK)-1EM<1(6) 成立 0 1 因此控制器K可以通过解H。标准设计问 其中， A= Ro TRo+L 题得到，对应的增广被控对象定义如下： TL TL 「AEBT 0 07 0 G(s)=F。0Fb (7) △A= △R0 △R0,B=kk,o TL L」 LI 00J 根据文献[11]的定理可推出以下结论： 「 0 定理1设Fb列满秩，对于被控对象(3)存 △B= bk△中o 在使闭环系统是二次稳定的状态反馈控制器“= TL」 Kx的充分必要条件是Riccati不等式 「max△中0 0 由式(4)得E= ATP+PA PEETP+FTF,- 0 max△Ro- (PB+FTF)(FBF)1(BTP+FTF)<0 0 0 △R0 △0， F。 (8) max△Ro max△po」 具有正定解P>0 0 若上式有解P>0,则使闭环系统二次稳定的 Fb= 控制器为： k,ke.max△中0 LT,Lmax△Ro K=-(FBF)(BTP+FBF) (9) 上述条件满足定理1的条件，将上述参数代 3 交流转矩伺服系统鲁棒稳定控制 入式(8)，化简并整理成二次型矩阵不等式的常规 器设计 形式，利用Schur定理将常规形式变成等价的线 性矩阵不等式： 交流转矩伺服系统的简化模型把系统分为磁 ALMIP PA:MI+QLMI PBLMI 链子系统和电机轴上输出转矩子系统（核心为电 <0(12) 磁转矩控制，简称转矩子系统).磁链子系统对转 BiMIP NLMI 0 1 矩子系统的影响可等效为转矩子系统参数的摄 动，这样交流转矩伺服系统的鲁棒稳定控制器的 其中，ALMI= Ro T Ro+L,BLMI T TL 设计问题就转化为给转矩子系统设计鲁棒稳定控 [1 1 制器来解决. 1 0 T'? TL2 3.1磁链子系统鲁棒稳定控制器设计 LMI= 1 式(1)给出了考虑参数变化的简化磁链模型， TL2 写成状态空间形式如下： [「(max△p.o)2 =[+]x+[2,]x Nu= 0 (maxA Ro)2+%(max△坐o2 (max△Ro)2 (10) 利用MATLAB的LMI软件包可很容易求

北 京 科 技 大 学 学 报 年第 期 根据定理 ， 使 被控 系统 二 次 稳 定 的控 制器 胜 二 一 － 十 二一一 乙 转矩子系统奋棒稳定控制器设计 把考虑 参数变化的电磁转矩简化模型写成状 态 空 间形式 一 〔 · ‘ 、 〕 二」 · ， · “ 」一 ， 〔 。 〕 二」 了 ， 声 。 十 一 工 」 厂﹂ ， ·· 目﹁ 中 其 乙丑 关于 连续可微且满足下述 匹配条件 △ 公丑 二 名 。 式 中 ， ， ， 是 具 有 适 当 维 数 的 已 知 矩 阵 ， 名 是未 知 函 数 矩 阵 且 名 任 口 ， 其 中 口 名 名 名 镇 ， 对于被控对象 ， 考虑状态反馈控制器 “ 汾 ， 则 闭环系统给定如下 分 名 。 。 ‘ 〕 由参考文献 【 的定理 可知 ， 系统 的二 次 稳定的充分必要条件是 为稳定 阵且 。 ‘ 一 一 丑‘ 一 ’ 成立 因此控制 器 可 以 通 过 解 标准 设 计 问 题得到 ， 对应 的增 广被控对象定义如下 一 … 一司， …一沪沪 乙一声匀 队一之 一汽 巧一大 尸 △一气妞 ︸卜厂 一 △ 二 一一日一 「一 一，△ △ 「” 三兰竺 生 竺巴 了 ， ‘乙 」 ﹄阵凤 一 了、 、了， 刃 一 曰﹁ 材 由式 得 △ 一 」 「卫 卜全丑上 一全必旦一 ， 一 △ 「 △沪刃」 … 卜 二 户 山 △沪 △ 」 上述条件满足 定理 的条 件 ， 将上 述 参 数代 入式 ， 化简并整理成二 次型矩 阵不等式的常规 形式 ， 利用 定理 将 常规形式变成等价 的线 性矩 阵不等式 工 ，‘ ﹃ ‘ 玩 ’ 十 人从 “ ‘ 丑玩 ， 尸习 一 一 一 汁一 又一 一一 一一 一一 一凡一上弘二 根据文献【 的定理 可推出以下结论 定理 设 列 满秩 ， 对 于 被控 对象 存 在使 闭环系统是二次稳定的状态反馈控制器 “ 工 的充分必要条件是 不等式 拟 丁 。 即 丁 普 。 一 ‘ 丑 普 具有正定解 若上式有解 ， 则使闭环 系统二 次稳定的 控制器 为 ‘ 一 普 一 ‘ 丑 尸 若 交流转矩伺服系统鲁棒稳定控制 器设计 交流转矩伺服 系统的简化模型把 系统分为磁 链子 系统和 电机轴上 输 出转矩 子 系统 核心 为 电 磁转矩控制 ， 简称转矩子系统 磁链子 系统对转 矩子 系统 的影 响 可 等效 为 转 矩 子 系 统 参数 的摄 动 ， 这样交流转矩 伺服 系统的鲁棒稳定控制器 的 设 计问题就转化为给转矩子 系统设计鲁棒稳定控 制器来解决 磁链子系统鲁捧稳定控制器设计 式 给出了考虑参数变化的简化磁链模型 ， 写成状态空 间形式如下 其 中 ， ， 一 … 日 △必 们 ， 一 厂 匕 二 七 一 雨 一 △ 乙 万一一 门 】工 】 ‘ △ ﹁口 ， “ 一 利用 的 。 软 十 件 史罄 包 又 些 可 凸粤 很 找 容 萝 易 」 求

Vol.28 No.2 张卫冬等：交流转矩伺服系统H。鲁棒控制 ·187· 得式(12)所示的线性矩阵不等式的正定解P,将 x=[A+△A]x+[B+△B]w P代入式(9)即得到鲁棒稳定控制器K. y=Cx 4 H∞鲁棒稳定控制器两自由度内 为p(s)的状态空间实现，Ka(s)为采用H。方法 设计的抗参数变化鲁棒稳定控制器，p。（s)为 模控制 p(s)的标称模型与K1(s)构成闭环系统的传递 4.1两自由度内模控制器 函数，即虚线框内闭环系统标称模型.K,(③)为 R.Vilanova和I.Serra综合了内模控制和两 补偿控制器，K2(5)为补偿系数，决定模型误差补 自由度控制的优点提出了一种新型结构的两自由 偿速度，K(5)为跟随调节器，根据闭环系统性能 度内模控制器，并采用经典设计理论给出了控制 指标设计，在这里采用PI调节器 器的通用的设计方法[2】 新型两自由度内模控制器结构如图1所示. 图中p(s)为被控对象；p(s)为被控对象的标称 +☒K9 x-A+△r+[B+△周w 数学模型，即内部模型；K:(s)为内环控制器； Ki(s) p'(s) K。(s)为外环控制器；r(s),y(s)和d(s)分别为 K(s) 控制系统的输入、输出和干扰信号 围3基于H鲁棒稳定控制器的两自由度内模控制器系统 结构框图 +&K Fig.3 Structure of a 2-DOF IMCS on the basis of an H ro. K⑧ bust stabllity controller 图1新型两自由度内模控制器系统结构框图 5 仿真实验结果及分析 Fig.1 Structure of a new type 2-DOF IMCS 仿真实验采用220V,1.7kW鼠笼型变频电 文献[13]又把抗扰调节器K:(s)分为两个调 机，并给出交流转矩伺服系统简化模型参数， 节器：抗扰调节器Ka(s)和补偿调节器K() 5.1磁链模型 Lm=0.651H,R.=3.242,L,=0.671H,.= 系统结构如图2所示.其中(s)为(s)的标称 1.3Wb,取max△R,=0.5n. 模型与K1(s)构成闭环系统的传递函数 仅采用PI调节器时控制器参数为饣cp=50, k。=300;采用基于H鲁棒稳定控制器的两自由 p(s) 度内模控制器时控制器参数为kp=120,k= K间 500,k1=350,2=100;磁链给定为阶跃信号. 仿真结果如图4和图5所示.从图4可看出 参数没有摄动时两种控制器性能都很好，从图5 图2改进的2自由度内模控制器系统结构框图 可见参数出现正弦摄动时基于H。鲁棒稳定控制 Fig.2 Structure of improved 2-DOF IMCS 器的两自由度内模控制器性能明显优于PI调节 器 4.2基于H。鲁棒稳定控制器的两自由度内模 5,2电磁转矩模型 控制器 kg.=0.78np(Lm/L)=1.514,K,=33,T,= 把抗参数变化鲁棒稳定控制器和两自由度内 模控制器结合起来得到了H。鲁棒稳定控制器的 0.00167s,少.=1.3Wb,L=0.323H,R=2.25, 两自由度内模控制器，如图3所示，采用此控制 取max△中.=0.2Wb,max△R=0.5n. 器的闭环系统同时能满足系统跟随性能和鲁棒稳 仅采用PI调节器时控制器参数为kp=20, 定性能的要求 k=60;采用基于H。鲁棒稳定控制器的两自由 在图3中， 度内模控制器时控制器参数为kp=10,k=50, k1=[-3.234-45.54],k2=15

。 。 张卫冬等 交流转矩伺服系统 棒控制 得式 所示 的线性矩 阵不等式 的正 定解 ， 将 代入式 即得到 鲁棒稳定控制器 鲁棒稳定控制 器两 自由 度 内 模控制 两 自由度 内模控制器 和 综合了 内模控 制和 两 自由度控制的优点提 出了一种新型结构 的两 自由 度内模控制器 ， 并采 用经 典设 计理 论 给 出 了控 制 器 的通用的设计方法 新型两 自由度 内模控 制器结 构如 图 所 示 图中 为被控对 象 。 为被控对 象 的标称 数学 模 型 ， 即 内部 模 型 为 内 环 控 制 器 。 为外环控 制器 ， 夕 和 分别 为 控制系统的输入 、 输出和干扰信号 △ △ · ﹄下 才，尸夕 、、 、 为 的状态空 间实现 ， 为采 用 方法 设计的 抗 参 数变 化 鲁 棒 稳 定 控 制 器 ， 乞 为 的标称模型 与 、 构 成 闭环 系统 的传递 一 · · · 一 · 一 一 一 、 一 ， ‘ ， 〔 、 函数 ， 即虚 线框 内 闭环 系统标称模型 · 谓二 为 补偿控制器 ， 抓 为补偿系数 ， 决定模型误差 补 偿速度 ， 。 为跟随调节器 ， 根据 闭环 系统性能 指标设计 ， 在这里采用 调节器 一 ’ 一二 翔黔匣叶朴科三亚座酬酚 州丽 一 恻座一 斗冈 隋伪马 兰振石 图 墓于 棒稳定控制器的两 自由度内模控制器系统 结构框图 眠 · 】 址 · 叱 川 二则 图 新型两 自由度内模控制器系统结构框图 眠 此 砰 · 文献 【 又把抗扰调节器 、 分 为两个调 节器 抗扰调 节 器 、 和 补 偿调节 器 己 系统结构如图 所示 其 中 式 为 的标称 模型与 、， 构成 闭环 系统 的传递 函数 土 竺毒冈 宁二冈止 兰石丽祠 朴 一 兰匝叫令 图 改进的 自由度内模控制器系统结构框图 比 功 · 墓于 鲁棒稳定控制 器的两 自由 度 内模 控制器 把抗参数变化鲁棒稳定控制器和两 自由度 内 模控制器结合起来得到 了 鲁棒稳定控制器 的 两 自由度 内模控 制器 ， 如 图 所 示 采 用 此 控 制 器 的闭环 系统 同时能满足 系统跟随性能和鲁棒稳 定性能的要求 在图 中 ， 仿真实验结果及分析 仿真实验采用 ， 鼠笼 型变频 电 机 ， 并给 出交流转矩伺服 系统简化模型参数 磁链模型 ， ， ， 沪 ， 取 △ 二 仅采用 调节器时控制器参数 为 叩 二 ， 。 采用基于 。 鲁棒稳定控制器 的两 自由 度内模控制 器 时控 制 器 参数 为 。 。 ， 。 ， 灸‘ ， 走 磁链给定为阶跃信号 仿真结果如 图 和 图 所示 从 图 可看 出 参数没有摄 动 时两 种 控 制器性 能都很好 ， 从 图 可见参数出现 正弦摄动时基于 。 鲁棒稳定控制 器的两 自由度 内模控制器性 能 明显 优 于 调 节 器 电磁转矩模型 ， 一 · · 一 · ， 一 ， ， 沪 ， ， ， 取 么价 二 ， △ 仅采用 调节器 时控制器参数 为 二 ， 。 采用基 于 鲁棒稳 定控制器 的两 自由 度 内模控制器 时控制器参数为 叩 ， 。 ， 介 ， 「一 一 〕 ， 乏比

·188· 北京科技大学学报 2006年第2期 1.4 1.4 1.2 2 o以 1.0 08 0.8 s0.6 0.6 ON 02 0.2 0 -0.05 0 0.05 0.10 0.15 0 0.050.10 0.150.20 Us (a)PI调节 (b)基于H.鲁棒稳定控制的两自由度内模控制器 图4设有参数摄动时两种控制器仿真结果 g.4 Emulated results of two type controllers without variation of parameters 1.33 132 1.32 1.30 1.31 9M/' w 1.28 1.29 1.28 1.26 120 2 6 s (a)PI调节 (b)基于H,鲁棒稳定控制的两自由度内模控制器 图5参数存在正弦摄动时两种控制器仿真结果 Flg.5 Emulated results of two type controllers with sin variation of parameters 仿真结果如图6~8所示.从图6可见参数 8可见参数出现正弦、阶跃摄动时基于H。鲁棒 没有摄动时两种控制器性能都很好，从图7和图 稳定控制器的两自由度内模控制器性能明显优于 3.5 3.0 2.5 25 20 20 1.0 o 05 0.050.10 0.15020 00.05 0 0.050.100.150.20 修 ts (a)PI调节 )基于H鲁棒稳定控制的两自由度内模控制器 图6没有参数摄动时两种控制器控制仿真结果 Fig.6 Emulated results of two type controllers without variation of parameters 3.2 32 3.1 3.1 3.0 3.0w 2.9 2.9 2.8 2.8 4 6 0 0 5 s (a)PI调节 (b)基于H.鲁棒稳定控制的两自由度内模控制器 图7参数存在正弦摄动时两种控制器控制仿真结果 Fig.7 Emulated results of two type controllers with sin variation of parameters

· 北 京 科 技 大 学 学 报 ‘ 年第 期 ︺ 苏力、活 门乙八 稼、二活 一而沽亏－节 黔 礁 调节 基于 凡 鲁棒稳定控制的两 自由度内模控制器 图 没有参数摄动时两种控制器仿其结果 碑 。 川闭 毗 初 州 社时己斜川 ‘ 刀 乙‘内内， 惊口沙、 … ︸内、 八 稼详 调节 二， ︵ 户 目有止且 图 基于 鲁棒稳定控制的两 自由度内模控制器 参数存在正弦摄动时两种控制器仿真结果 僧 详 毗 且 仿真结果如 图 一 所 示 从 图 可 见参 数 没有摄动时两种控制器性 能都很 好 ， 从 图 和 图 可见参 数 出现 正 弦 、 阶跃 摄动 时基 于 二 鲁棒 稳定控制器 的两 自由度内模控制器性能明显优于 ︵日 乙内， · 垂汀 一 厂 ’ 八扫，氏 刀乃 ︵日 · 圣才 刁 ‘ 调节 图 一， 厂一 基于 凡 鲁棒稳定控制的两 自由度内模控制器 没有今数摄动时两种控制器控制仿真结果 日 渭 朽 吧 加川耐 皿 ” ﹃， ︸ ‘ ︵日 · 辱才 啊州 ︵日 · 乙才 名 调节 基于 鲁棒稳定控制的两 自由度内模控制器 图 ， 参数存在正弦摄动时两种控制器控制仿真结果 衬

Vol.28 No.2 张卫冬等：交流转矩伺服系统H。鲁棒控制 ·189· 3.10F 3.10 3.05 3.05 2.95 2.95 2.90 2.90 1.52.02.53.0354.0455.0 123456 s (a)PI阔节 (⑥)基于H.鲁棒稳定控制的两自由度内模控制器 图8参数存在阶跃摄动时两种控制器控制仿真结果 Fig.8 Emulated results of two type controllers with step variation of parameters PI调节器 MRAC models employed in IFO-controlled AC motor drive IEEE Trans Ind Electron,1997.44(4):536 6结论 [3]谢净，李浚源。基于模型参考自适应系统的异步电机转子 电阻辨识，华中理工大学学报，1994,22(8)：121 感应电机参数的变化是影响转矩伺服系统性 [4]Mirsayced A.Zinger Donald S.Elbuluk Malik E.Fuzzy con- 能的关键因素之一.以交流转矩伺服系统简化模 troller for inverter fed induction machines.IEEE Trans Ind 型为控制对象，设计了基于H。鲁棒稳定控制器 APpl,1994,30(1):78 [5] 胡刚，胡育文，许越，等.直接力矩控制系统的模糊在线观 的两自由度内模控制器.仿真实验结果表明，在 察器设计，电力传动，1997,27(1)：21 系统参数存在摄动的情况下，与传统控制器相比 [6】张曾科一种提高模糊控制器控制精度的方法.清华大学 学报：自然科学版，1998,38(3)：58 系统跟随性能、鲁棒稳定性均有所提高，有效抑制 [7]Theocharis J,Petridis V.Neural network observer for induc 了参数摄动对系统性能的影响， tion motor control.IEEE Control Syst Mag,1994(4):26 基于H。鲁棒稳定控制器的两自由度内模控 [8]初升，王正，郭庆鼎，神经网络磁通观测器在感应电机矢量 制器可以对系统跟随性能、鲁棒性能分开设计，系 控制中的应用.沈阳工业大学学报，1998(12)：39 [9]丁刚，王助先，韩曾晋.感应电机的H抗干扰控制.控制 统结构清晰，设计方法简单，避免了传统上采用自 理论与应用，1999，(8)：483 适应算法系统复杂、易受扰动影响的缺点，对于高 [10]石毅，何钺.交流伺服系统的H鲁棒控制研究，机床与 性能转矩伺服系统来讲是一种很有前途的控制器. 液压，2001.(1)：43 [11]中铁龙.H。控制理论及应用.北京：请华大学出版杜， 1996 参考文献 [12]Vilanova R.Serra 1.Realization of two-degree-of-freedom [1]Ohishi K,Ueda Y,Miyachi K.Model reference adaptive sys- compensators.IEE Proc Control Theory Appl,1997,144 tem against rotor resistance variation in induction motor.IEEE (6):589 Trans Ind Electron,1986,33(3):217 [13]王助先，韩曾晋.基于反喷线性化的感应电机两自由度控 [2] de Souza Ribeiro LA,Jacobin C B.Parameter sensitivity of 制系统.清华大学学报：自然科学版，1999,39(9)：106 Hoo robust controller used in an alternating current torque servo system ZHANG Weidong,YU Datai,YAN Weiguang2),LI Guol,HUANG Xiaobin3) 1)Information Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy,Tsinghua University,Beijing 100084,China 3)Beijing Bestpower Electrical Technology Ltd.,Beijing 100096,China ABSTRACT Taking the simple model of an alternating current torque servo system as the control object, a 2-degree of freedom inner model controller based on the H robust controller is devised.Emulation exper- iments show that compared with a traditional controller both the traceability and robust stability of the new system are improved under variation of parameters,and the negative effect of the variation of parameters is limited. KEY WORDS servo system;torque;robust control;inner model control;Ho controller

张卫冬等 交流转矩伺服系统 棒控制 ︵艺舀︶已 日︸ 王 ︵日 · 己奢 月 乃 ， 刀 调节 基于 鲁棒稳定控制的两 自由度内模控制器 图 参数存在阶跃摄动时两种控制器控制仿真结果 哪 伴 州 调节器 结论 感应 电机参数的变化是影 响转矩伺服 系统性 能的关键因素之一 以交流转矩 伺服系统简化模 型为控制对象 ， 设 计 了基 于 鲁棒 稳 定控 制器 的两 自由度内模控制器 仿 真实验结 果表 明 ， 在 系统参数存在摄 动 的情况 下 ， 与传 统控 制器 相 比 系统跟 随性能 、 鲁棒稳定性均有所提高 ， 有效抑 制 了参数摄动对 系统性能的影 响 基于 鲁棒稳定控制器 的两 自由度 内模控 制器可以对 系统跟随性 能 、 鲁棒性能分开设计 ， 系 统结构清晰 ， 设计方法 简单 ， 避 免 了传统上 采用 自 适应算法 系统复杂 、 易受扰动影 响的缺点 ， 对 于高 性能转矩伺服系统来讲是一种很有前途的控制器 考 文 献 坛 ， ， 诊 血 ， ， 一 ， ， 〔 谢诊 ， 李浚源 基于 模型 参考 自适应 系统 的异 步 电机转子 电阻辨识 华中理工大学学报 ， ， ， 飞 众川 ， ， 权 耐 ， ， 【 」 胡刚 ， 胡育文 ， 许越 ， 等 直接力矩 控制系统的模糊在线观 察器设计 电力传动 ， 张 曾科 一种提高模糊控制器控制精度 的方法 清华大学 学报 自然科学版 ， ， 讯 。 扭 鳍 ， 【 初升 ， 王正 ， 郭庆鼎 神经 网络磁通 观测器 在感应 电机矢 量 控制中的应用 沈阳工业大学学报 ， 【 丁 刚 ， 王勋先 韩 曾晋 感应 电机 的 抗 干 扰控制 控制 理论与应用 ， ， 【 」 石毅 ， 何钱 交流伺服 系统 的 。 鲁棒控制研 究 机床与 液压 ， ， 【川 申铁 龙 。 控制理 论 及应 用 北 京 清 华大学 出版社 ， 」 ， 二 一 。 仁 伙 】 口 】 ， ， 【 」 王勋先 ， 韩曾晋 基于反馈线性化的感应 电机两 自由度控 制系统 清华大学学报 自然科学版 ， 叱 讯 己 ， 肠 ， 以 讯 ， 了 ， 以聪 吞 ， ， ， 馆 ， 呀 ， ， ， 雌 ， ， 一 沁