ADRC线性自抗扰控制感应电机矢量控制调速Matlab Simulink仿真及性能分析

ADRC线性自抗扰控制感应电机矢量控制调速Matlab/Simulink仿真 1.模型简介 模型为基于线性自抗扰控制LADRC的感应异步电机矢量控制仿真采用Matlab R2018a/Simulink搭建。 模型内主要包含DC直流电压源、三相逆变器、感应异步电机、采样模块、SVPWM、Clark、Park、Ipark、采用一阶线性自抗扰控制器的速度环和电流环等模块其中SVPWM、Clark、Park、Ipark、线性自抗扰控制器模块采用Matlab funtion编写其与C语言编程较为接近容易进行实物移植。 模型均采用离散化仿真其效果更接近实际数字控制系统。 2.算法简介 感应电机调速系统由转速环和电流环构成均采用一阶线性自抗扰控制器。 在电流环中自抗扰控制器将电压耦合项视为扰动观测并补偿能够实现电流环解耦在转速环中由于自抗扰控制器无积分环节因此无积分饱和现象无需抗积分饱和算法转速阶跃响应无超调。 自抗扰控制器的快速性和抗扰性能较好其待整定参数少且物理意义明确比较容易调整。 3.仿真效果 1 转速响应与转矩电流Iq响应波形 - 转速阶跃响应无超调如下图1所示。 2 转速响应与三相电流波形如下图2所示。 3 励磁电流Id与转矩电流Iq响应波形如下图3所示。 4. 可提供模型内相关算法的参考文献避免大量阅读文献浪费时间。电机控制这玩意儿玩过的都懂抗扰动能力直接决定系统稳不稳。最近在Matlab/Simulink里复现了个用一阶线性自抗扰LADRC的异步电机矢量控制方案实测比传统PID省心不少尤其是那个自动补偿扰动的骚操作真带劲。模型骨架长啥样系统搭了DC电源、三相逆变器、电机本体这些硬件模块重点在控制回路——速度环和电流环全换成LADRC。SVPWM和坐标变换这些核心算法直接用Matlab Function块手写比用现成模块靠谱多了。比如Park变换的代码就长这样function [Id,Iq] Park_transform(Ialpha,Ibeta,theta) % 离散化处理适用于DSP直接移植 persistent cos_theta sin_theta; if isempty(cos_theta) cos_theta 0; sin_theta 0; end cos_theta cos(theta); sin_theta sin(theta); Id Ialpha * cos_theta Ibeta * sin_theta; Iq -Ialpha * sin_theta Ibeta * cos_theta;这写法跟C语言几乎没差特别适合后期往STM32里灌。有个细节要注意persistent变量用来存储三角函数值比每次重新计算省了30%运算量实测在20kHz采样率下跑得飞起。自抗扰的暴力美学ADRC线性自抗扰控制感应电机矢量控制调速Matlab/Simulink仿真 1.模型简介 模型为基于线性自抗扰控制LADRC的感应异步电机矢量控制仿真采用Matlab R2018a/Simulink搭建。 模型内主要包含DC直流电压源、三相逆变器、感应异步电机、采样模块、SVPWM、Clark、Park、Ipark、采用一阶线性自抗扰控制器的速度环和电流环等模块其中SVPWM、Clark、Park、Ipark、线性自抗扰控制器模块采用Matlab funtion编写其与C语言编程较为接近容易进行实物移植。 模型均采用离散化仿真其效果更接近实际数字控制系统。 2.算法简介 感应电机调速系统由转速环和电流环构成均采用一阶线性自抗扰控制器。 在电流环中自抗扰控制器将电压耦合项视为扰动观测并补偿能够实现电流环解耦在转速环中由于自抗扰控制器无积分环节因此无积分饱和现象无需抗积分饱和算法转速阶跃响应无超调。 自抗扰控制器的快速性和抗扰性能较好其待整定参数少且物理意义明确比较容易调整。 3.仿真效果 1 转速响应与转矩电流Iq响应波形 - 转速阶跃响应无超调如下图1所示。 2 转速响应与三相电流波形如下图2所示。 3 励磁电流Id与转矩电流Iq响应波形如下图3所示。 4. 可提供模型内相关算法的参考文献避免大量阅读文献浪费时间。电流环里最头疼的就是电压耦合项传统解耦方法跟走钢丝似的。LADRC直接把耦合项当扰动来观测代码里这个扩张状态观测器LESO是灵魂function [z1,z2] LESO_current(y, u, dt) % 一阶系统LESO核心算法 persistent z1_prev z2_prev beta1 beta2 if isempty(z1_prev) z1_prev 0; z2_prev 0; beta1 120; % 观测器带宽 beta2 2400; end e y - z1_prev; dz1 z2_prev beta1*e 0.8*u; % 0.8为系统增益估计 dz2 beta2*e; z1 z1_prev dz1*dt; z2 z2_prev dz2*dt; % 更新状态 z1_prev z1; z2_prev z2;参数beta1和beta2直接决定观测器反应速度。有个调试窍门先把beta1设为期望带宽的2倍beta2取beta1平方后期微调就行。曾经在负载突变测试中这观测器比实际扰动出现还快了5ms妥妥的预言家。转速环的防呆设计传统PI积分饱和的问题在LADRC里压根不存在因为算法里压根没积分项看这个转速控制律多清爽function u Speed_controller(w_ref, w_real, z2, dt) % 一阶LADRC控制律 b 15; % 系统增益 kp 80; % 比例系数 e w_ref - w_real; u0 kp * e; u (u0 - z2)/b; % z2来自转速LESO的扰动估计 % 输出限幅 if u 380 u 380; elseif u -380 u -380; end重点在z2这个扰动估计量把负载转矩波动、惯性变化这些幺蛾子全打包补偿了。之前做突卸负载实验转速波动不到2rpm比隔壁实验室的模糊PID方案稳了至少三倍。波形实锤空口无凭上硬货转速阶跃从0到1500rpm只要0.18秒关键还没超调传统PI那过冲10%的曲线简直没眼看Iq电流跟踪误差全程小于0.5A在逆变器死区效应影响下这数据相当能打突加5Nm负载时Id电流波动控制在±0.3A内证明磁场定向稳如老狗搞过实物的小伙伴肯定懂仿真能跑到这效果实际成功率至少有七成把握。需要模型参考的私信附带的文献包里有韩京清老师原版论文和SVPWM优化算法省得你们去知网氪金了。