感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)仿真研究

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2014屆畢業(yè)論文感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)仿真研究摘要異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)以其思路新穎、控制方案簡(jiǎn)單及性能優(yōu)越等特點(diǎn)受到人們的普遍重視。但是由于異步電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，并且受模型參數(shù)攝動(dòng)以及外界干擾的影響，使控制器的設(shè)計(jì)成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。本文提出了將自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的高性能的控制。首先，介紹了異步電機(jī)和逆變器的數(shù)學(xué)模型，然后分析了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，在Simulink環(huán)境下構(gòu)建了圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，直接轉(zhuǎn)矩控制的低速性能較差，一組PI參數(shù)不能對(duì)電機(jī)運(yùn)行的各個(gè)工況的都實(shí)現(xiàn)良好的控制性能。在對(duì)傳統(tǒng)PID優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，介紹了跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、非線性狀態(tài)誤差反饋和自抗擾控制器的基本原理，給出了自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建了自抗擾控制器的仿真模型。重點(diǎn)研究了自抗擾控制算法應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制，給出了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，分析了異步電機(jī)轉(zhuǎn)速自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方案，使用一階ADRC設(shè)計(jì)了異步電機(jī)轉(zhuǎn)速自抗擾控制器，并采用S一函數(shù)實(shí)現(xiàn)了ADRC控制算法。建立了基于自抗擾控制器的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真結(jié)構(gòu)圖。關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制，自抗擾控制，仿真AbstractResearchofDirectTorqueControlSystemofinductionMotorAbstractDirecttorquecontrol(DTC)systemofinductionmotorshasgotwideattentionwithadvantagessuchasnewthoughts，simplecontrolschemeandexcellentperformance．However,becauseofinductionmotorisahigh-order,nonlinearandstrongcouplingofcomplexsystemsofmanyvariables，andbytheparametersperturbation,aswellastheimpactofoutsideinterference,makingthedesignofcontrollerintoacomplexissue．Toachievehighdynamicperformanceofdrivesystem,anonlinearactivedisturbancerejectioncontroller(ADRC)usedindirecttorquecontrolsystemofinductionmotorsisintroducedinthispaper．Firstly,thebasicmathmodelofallasynchronousmachineandofaPWMinverterisintroduced,thentheprincipleofdirecttorquecontrolsystemofinductionmotorsisanalyzed，theroundtrackoffluxofdirecttorquecontrolsystemisdevelopedinMATLAB／Simulinksoftware．Simulationresultsshowthat,agroupofPIparameterscanbemadeonlyforacertainrangeofspeedofimplementationofbetterregulation,forthespeedcontrolotherrangeofpoorperformance．ThedefectsoftraditionalPIDcontrolmethodsarediscussed，trackingdifferential（TD），extendedstateobserver(ESO)，nonlinearstateerrorfeedback(NLSEF)andthebasicprincipleofactivedisturbancerejectioncontrollerareintroduced，thestandardstructureofactivedisturbancerejectioncontrollerisgiven,thesimulationmodelofactivedisturbancerejectioncontrollerisdeveloped。Thedirecttorquecontrolsystemofinductionmotorsbasedonactivedisturbancerejectioncontrollerisfocusstudied，andthestructureofthissystemisgiven,thedesignproposalofthespeedofactivedisturbancerejectioncontrollerofinductionmotorisanalyzed，one-orderactivedisturbancerejectioncontrollerisusedtothedirecttorquecontrolsystemofinductionmotors，ands-functionareeditedtoachieveactivedisturbancerejectioncontrolleralgorithm．Somemethodsofcontroller’sparametersettingaregeneralized，andthesimulationmodelofdirecttorquecontrolsystemofinductionmotorsbasedonactivedisturbancerejectioncontrolleriscreated．Keywords:DirectTorqueControl，ActiveDisturbanceRejectionController，Simulation第第Ⅰ頁(yè)共Ⅰ頁(yè)目錄TOC\o"1-3"\h\u78601緒論 頁(yè)共39頁(yè)1緒論1.1直接轉(zhuǎn)矩控制的研究現(xiàn)狀M.Depenbrock提出的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，并于1987年把它推廣到弱磁調(diào)速范圍。這種控制方式是使定子磁鏈依照六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)，由于正六邊形的六條邊分別與六個(gè)非零電壓空間矢量對(duì)應(yīng)，因此可以通過(guò)三個(gè)施密特觸發(fā)器來(lái)簡(jiǎn)單切換逆變器的六個(gè)工作狀態(tài)，直接通過(guò)六個(gè)非零電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)磁鏈軌跡控制。與其它方式相比，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在輸出同樣的頻率時(shí)元件開關(guān)次數(shù)最少，開關(guān)損耗也小，因而在要求元件開關(guān)頻率不能太高的大功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。這種技術(shù)已成功地應(yīng)用于兆瓦級(jí)交流電氣傳動(dòng)機(jī)車上，如德國(guó)的大功率GTO電力機(jī)車，Siemens新研制的樣車EUROSPRINTER等。由于在這種方法中定子磁鏈?zhǔn)前凑樟呅诬壽E運(yùn)動(dòng)的，故電壓、電流波形畸變比較嚴(yán)重，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，會(huì)在一定程度上限制直接轉(zhuǎn)矩控制的性能發(fā)揮。直接轉(zhuǎn)矩控制的另一種形式是由日本學(xué)者I.Takahashi提出的，雖然在理論推導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)方法上有所不同，但是基本思想是一致的，即摒棄了矢量控制中電流解耦的控制思想，去掉了PWM脈寬調(diào)制器和電流反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)檢測(cè)母線電壓和定子電流，直接計(jì)算出電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并利用兩個(gè)滯環(huán)比較器，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。這種方法通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的誤差，結(jié)合電機(jī)定子磁鏈的空間位置來(lái)選擇相應(yīng)的開關(guān)矢量。由于磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓形，電壓、電流中的諧波含量在一定程度上減少了，但控制系統(tǒng)顯得復(fù)雜一些，這種控制方式能充分發(fā)揮新型電力電子器件(如IGBT)的開關(guān)頻率優(yōu)勢(shì)，因而在中小功率場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用[1-2]。直接轉(zhuǎn)矩控制相對(duì)于其它控制具有以下特點(diǎn)：（1）直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。因此它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換與計(jì)算，信號(hào)處理工作特別簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。（2）直接轉(zhuǎn)矩控制磁場(chǎng)定向所用的是定子磁鏈，而矢量控制磁場(chǎng)定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，定子磁鏈的觀測(cè)模型要比轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)模型簡(jiǎn)單得多，而且受電機(jī)參數(shù)變化的影響較小。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量的概念來(lái)分析三相交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制其各物理量，使問(wèn)題變得特別簡(jiǎn)單明了。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果。它包含有兩層意思，直接控制轉(zhuǎn)矩和對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。直接轉(zhuǎn)矩控制從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。而對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制是指利用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。其控制方式是，通過(guò)轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)矩三點(diǎn)式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作滯環(huán)的比較，把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器控制。因此它的控制效果取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。它的控制既直接又簡(jiǎn)化。對(duì)轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱之為“直接自控制”。這種“直接自控制”的思想不僅用于轉(zhuǎn)矩控制，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制，但以轉(zhuǎn)矩為中心來(lái)進(jìn)行綜合控制。綜上所述，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)采用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是目前仍舊面臨許多有待解決的問(wèn)題。低速性能不盡人意、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較嚴(yán)重和速度傳感器影響系統(tǒng)的可靠性等，這些問(wèn)題阻礙了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。因此如何解決這些問(wèn)題已成為當(dāng)前直接轉(zhuǎn)矩控制研究的熱點(diǎn)[3-4]。1.2自抗擾控制器的發(fā)展自抗擾控制器的發(fā)展始于一篇討論如何統(tǒng)一處理線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和反饋系統(tǒng)計(jì)算問(wèn)題的論文中的一個(gè)重要結(jié)論：一個(gè)系統(tǒng)的積分器串聯(lián)型結(jié)構(gòu)不僅是線性系統(tǒng)在線性反饋?zhàn)儞Q下的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，也是一類非線性系統(tǒng)在非線性反饋?zhàn)儞Q下的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。七十年代以來(lái)，韓京清研究員經(jīng)過(guò)對(duì)線性系統(tǒng)理論的深入研究，發(fā)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的積分串聯(lián)型結(jié)構(gòu)不僅是線性系統(tǒng)在線性反饋?zhàn)儞Q下的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，也是一類非線性系統(tǒng)在非線性反饋?zhàn)儞Q下的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。同樣，對(duì)一類自由非線性系統(tǒng)，也可以設(shè)計(jì)其觀測(cè)器，使其在非線性觀測(cè)變換下的標(biāo)準(zhǔn)形為積分串聯(lián)型。八十年代后期，韓京清研究員進(jìn)一步探討了線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的關(guān)系。他指出人們頭腦中的線性和非線性的概念大都來(lái)自于沒(méi)有控制輸入的經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)。在經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)中，人們關(guān)心的是描述和解釋軌線分布的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)沒(méi)有輸入、輸出的封閉系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)具有完全不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩者不能任意轉(zhuǎn)化。然而控制系統(tǒng)具有經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)所沒(méi)有的新結(jié)構(gòu)一控制輸入和反饋，控制系統(tǒng)中的反饋?zhàn)饔媚軌蚱茐脑到y(tǒng)中的大部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，又能建立起全新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在狀態(tài)反饋?zhàn)饔弥?，控制系統(tǒng)中不變的性質(zhì)幾乎只剩下幾個(gè)積分器和聯(lián)結(jié)它們的信息通道，此外的其他性質(zhì)幾乎可以隨意設(shè)置。因此，控制系統(tǒng)中的反饋?zhàn)饔么蚱屏私?jīng)典動(dòng)力系統(tǒng)意義下的線性和非線性的界限，反饋能夠把線性轉(zhuǎn)化為非線性，也可以把許多非線性轉(zhuǎn)化為線性。從反饋控制的角度看，不應(yīng)該再按經(jīng)典意義把控制系統(tǒng)分成線性和非線性系統(tǒng)，對(duì)能控的線性系統(tǒng)可以用狀態(tài)反饋設(shè)置一些非線性特性。以此為基礎(chǔ)，韓京清研究員提出了控制理論中更為基本的問(wèn)題，即控制理論的發(fā)展到底是走模型論還是控制論的道路。他指出現(xiàn)代控制理論時(shí)期是控制理論發(fā)展史中的“模型論”時(shí)期，無(wú)論是線性系統(tǒng)還是非線性系統(tǒng)，無(wú)論是狀態(tài)空間法還是頻域法，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型已成為分析與設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)或建模與辨識(shí)的歸宿。然而依靠模型建立控制律的方法，在控制工程中遇到了很大的挑戰(zhàn)，魯棒性是首當(dāng)其沖的大問(wèn)題。而經(jīng)典調(diào)節(jié)理論中的基本思想是不完全依靠系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而是靠期望軌跡與實(shí)際軌跡的誤差的大小和方向來(lái)實(shí)施，是一種基于過(guò)程誤差來(lái)抑制或消除誤差的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。他還指出尋求和利用某些具有典型特性的非線性環(huán)節(jié)是值得重視的問(wèn)題，這正是自抗擾控制器產(chǎn)生的思想來(lái)源。九十年代初期，韓京清研究員致力于一些特殊的非線性功能單元的開發(fā)，成功研究開發(fā)出非線性跟蹤微分器(TrackingDifferentiator，TD)。他認(rèn)為不管對(duì)象是否線性，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想應(yīng)該從極點(diǎn)配置等線性配置觀念轉(zhuǎn)移到非線性配置上，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)姆蔷€性配置能顯著改善系統(tǒng)的品質(zhì)。據(jù)此，對(duì)模型己知的對(duì)象，用反饋效應(yīng)的觀點(diǎn)，給出了建立非線性狀態(tài)觀測(cè)器的方法，并用這種狀態(tài)觀測(cè)器和非線性配置方法實(shí)現(xiàn)了非線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制。數(shù)值仿真表明，這種非線性狀態(tài)觀測(cè)器跟蹤能力很強(qiáng)，控制系統(tǒng)的非線性配置明顯改善了閉環(huán)品質(zhì)，這種思想亦可推廣到對(duì)象模型未知或者結(jié)構(gòu)己知、參數(shù)未知的系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及原理的分析，韓京清研究員發(fā)現(xiàn)其存在的一些問(wèn)題。據(jù)此，他提出利用跟蹤微分器安排過(guò)渡過(guò)程，采用適當(dāng)?shù)姆蔷€性組合以及反饋律等相應(yīng)的改進(jìn)措施，提出新型的非線性PID控制算法，并驗(yàn)證了這種新型算法具有很好的魯棒性和適應(yīng)性。90年代中期，他又對(duì)觀測(cè)器形式的跟蹤微分器進(jìn)行改造而獲得了一類不確定對(duì)象的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ExtendedStateobserver,ESO)。ESO不僅能得到不確定對(duì)象的狀態(tài)，還能獲得對(duì)象模型中的內(nèi)擾和外擾的實(shí)時(shí)作用量，如果將這個(gè)實(shí)時(shí)作用量補(bǔ)償?shù)娇刂破髦校敲捶蔷€性PID中的積分作用就可以取消，再進(jìn)一步將控制器用于高階對(duì)象的控制時(shí)，一種新的控制律一非線性狀態(tài)誤差反饋律(NonlinearStateErrorFeedback，NLSEF)產(chǎn)生了[5-6]。通過(guò)對(duì)現(xiàn)代控制理論和PID優(yōu)缺點(diǎn)的分析，將現(xiàn)代控制理論對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和現(xiàn)代的信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，汲取經(jīng)典PID的思想精華，就形成了一種新型實(shí)用控制器一自抗擾控制器(AutoDisturbanceRejectionController,ADRC)。如今，自抗擾控制器已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程。由于該控制器算法簡(jiǎn)單，參數(shù)適應(yīng)性廣，是解決非線性、不確定性、強(qiáng)干擾、強(qiáng)耦合、大時(shí)滯等控制問(wèn)題的一種有效方法，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、魯棒性和可操作性，越來(lái)越多的科研工作者加入到自抗擾控制算法的研究行列中。目前，自抗擾控制器已經(jīng)在電機(jī)控制、過(guò)熱汽溫控制、動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀、單級(jí)旋轉(zhuǎn)倒立擺f、機(jī)器人控制、大射電望遠(yuǎn)鏡艙位姿態(tài)控制、飛行器姿態(tài)控制、船舶減搖鰭等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并取得了良好的控制效果。研究自抗擾控制器在異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以拓展自抗擾控制器的應(yīng)用領(lǐng)域，而且可以有效的提高異步電機(jī)的控制品質(zhì)，具有一定的研究意義。1.3論文的主要內(nèi)容異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制具有優(yōu)良的性能和簡(jiǎn)潔的控制思想等優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)成為現(xiàn)代傳動(dòng)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速的主要控制策略。針對(duì)感應(yīng)電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題，結(jié)合自抗擾控制器在其他相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，本文將自抗擾控制算法應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)速環(huán)。在分析自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)及機(jī)理的基礎(chǔ)上，完成了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)速自抗擾控制器的設(shè)計(jì)。全文共分五部分，主要內(nèi)容如下：第1章主要介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的研究的發(fā)展及現(xiàn)狀，介紹了自抗擾控制器的發(fā)展過(guò)程，提出將自抗擾控制算法應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中。第2章介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，分析了直接轉(zhuǎn)矩控制的數(shù)學(xué)模型，闡述了逆變器的數(shù)學(xué)模型和電壓空間矢量等直接轉(zhuǎn)矩控制的基本理論，將直接轉(zhuǎn)矩控制算法劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，然后在Simulink環(huán)境下利用其模塊庫(kù)中提供的各種基本模塊搭建各個(gè)子系統(tǒng)，構(gòu)建了圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。第3章在對(duì)傳統(tǒng)PID優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，介紹了跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、非線性狀態(tài)誤差反饋和自抗擾控制器的基本原理，給出了自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建了自抗擾控制器的仿真模型。闡述了自抗擾控制器解決多變量系統(tǒng)耦合的基本原理，并進(jìn)行了仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。第4章將自抗擾控制算法應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制，給出了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，基于一階ADRC設(shè)計(jì)了異步電機(jī)轉(zhuǎn)速自抗擾控制器，并采用S-函數(shù)實(shí)現(xiàn)了ADRC控制算法，在大量仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制自抗擾控制器的參數(shù)整定方法，建立了基于異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真結(jié)構(gòu)圖。第5章對(duì)全文工作做出總結(jié)。2直接轉(zhuǎn)矩控制原理直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種新型的交流電機(jī)控制方式，其基本思想是通過(guò)控制定子磁鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。為實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制方法在異步電機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，建立更為接近真實(shí)電機(jī)的的數(shù)學(xué)模型。本章在兩相靜止坐標(biāo)系下建立了基于定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的感應(yīng)電機(jī)仿真模型，詳細(xì)分析了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理[7]。2.1異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型本節(jié)以異步電機(jī)為研究對(duì)象，分別建立了異步電機(jī)在自然坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系下的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。圖2-2為異步電機(jī)的基本模型示意圖，其中定、轉(zhuǎn)子三相繞阻對(duì)稱分布，轉(zhuǎn)子與定子間互呈電角度。本節(jié)在建立異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)作出如下假設(shè)：（1）電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞阻空間對(duì)稱分布，電機(jī)磁通密度在空間正弦分布；（2）忽略電機(jī)鐵芯鐵損耗；（3）忽略隨溫度變化造成的電機(jī)參數(shù)變化；圖2-1異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖本文通過(guò)折算到定子側(cè)的方式來(lái)描述所有系統(tǒng)變量。式中：分別為電壓、電流、電阻、電感、磁鏈和漏磁通；下標(biāo)為三相自然坐標(biāo)系下的分量；下標(biāo)為兩相靜止坐標(biāo)系下的分量；分別為轉(zhuǎn)子電氣轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角度。建立自然坐標(biāo)系下異步電機(jī)的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程如下。電壓方程：(2-1)磁鏈方程：(2-2)轉(zhuǎn)矩方程：(2-3)運(yùn)動(dòng)方程：(2-4)式中：為電機(jī)定、轉(zhuǎn)子瞬時(shí)相電壓；為電機(jī)定、轉(zhuǎn)子瞬時(shí)相電流；為電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞阻磁鏈。分別為負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和極對(duì)數(shù)。從式(2-1)~(2-4)可以看出，異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型為一個(gè)高階多變量非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，采用Clarke坐標(biāo)變換將自然坐標(biāo)系下的電機(jī)模型轉(zhuǎn)換至靜止坐標(biāo)系下。電壓方程：(2-5)磁鏈方程：(2-6)轉(zhuǎn)矩方程：(2-7)運(yùn)動(dòng)方程與式(2-4)一致，保持不變[8-9]。2.2直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，其工作原理為：通過(guò)速度傳感器得到感應(yīng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n；與給定轉(zhuǎn)速n*比較通過(guò)速度調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值Te*，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一般采用PI控制器；由傳感器得到電機(jī)定子電流和電壓值，輸入感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩估計(jì)器得到定子磁鏈的幅值|ψs|和轉(zhuǎn)矩實(shí)際值Te；實(shí)際轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)矩給定值Te*經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器處理后得到轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)TQ；磁鏈給定值|ψs*|與磁鏈計(jì)算值|ψs|經(jīng)磁鏈調(diào)節(jié)器產(chǎn)生磁鏈開關(guān)信號(hào)ψQ；區(qū)間判斷根據(jù)定子磁鏈分量得到磁鏈所在區(qū)間信號(hào)SN，開關(guān)信號(hào)選擇單元綜合磁鏈開關(guān)信號(hào)ψQ、轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)TQ和磁鏈位置信號(hào)SN，通過(guò)查表得到正確的電壓開關(guān)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的準(zhǔn)確運(yùn)行。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵技術(shù)主要包括電壓空間矢量的選擇、磁鏈的觀測(cè)和控制、轉(zhuǎn)矩控制等，下面對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行介紹。圖2-2直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.2.1逆變器的數(shù)學(xué)模型和電壓空間矢量逆變器是交流調(diào)速系統(tǒng)中的重要部件，通過(guò)對(duì)逆變器的控制才能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。在直接轉(zhuǎn)矩控制中采用的是電壓型逆變器，它的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：圖2-3電壓源逆變器原理圖該逆變器由三組六個(gè)開關(guān)(SaSbSc)組成。由于同臂上的兩開關(guān)為互鎖關(guān)系，即一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)斷開，所以三組開關(guān)共有8種可能的開關(guān)組合。若規(guī)定某一相與“＋”極相通，該相的開關(guān)狀態(tài)為“1”態(tài)，反之，為“0”。則8種可能的開關(guān)狀態(tài)如表2.1所示。表2.1給出了逆變器的8種開關(guān)狀態(tài)，對(duì)外部負(fù)載來(lái)說(shuō)，逆變器輸出7種不同的電壓狀態(tài)。其中開關(guān)狀態(tài)“1-6”表2.1逆變器開關(guān)狀態(tài)狀態(tài)01234567Sa00001111Sb00110011Sc01010101空間矢量和極坐標(biāo)類似，都通過(guò)幅值和相角表示，但空間矢量是表示空間3個(gè)獨(dú)立存在、隨時(shí)間變化而其和為0的的物理量。由于感應(yīng)三相相電壓之和為零，因此可以將逆變器三個(gè)臂上的輸出電壓用電壓空間矢量表示，即(2-8)其中、、分別表示感應(yīng)電機(jī)三相定子相電壓。由于6個(gè)非零電壓矢量的幅值均為（為直流母線電壓）。式2.7又可表示為us=u(SaSbSc)=Ud(2-9)根據(jù)上述分析，逆變器的6個(gè)工作電壓空間矢量和兩個(gè)零電壓矢量的坐標(biāo)關(guān)系及所在的分區(qū)如圖2-4所示。圖2-4空間矢量向量圖2.2.2磁鏈的觀測(cè)與控制在直接轉(zhuǎn)矩控制中，定子磁鏈的準(zhǔn)確觀測(cè)是起確定性作用的。本文對(duì)定子磁鏈的估計(jì)用u-i模型。根據(jù)式2-9建立u-i模型，其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：IusssI-RsisRs圖2-5u-i模型結(jié)構(gòu)圖用檢測(cè)出來(lái)的定子電壓us(t)與定子電流is(t)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單。該模型在30%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，能夠較準(zhǔn)確的確定定子磁鏈，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)。在低速時(shí)定子電阻隨溫度的變化不能忽略，因此對(duì)磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性有較大的影響。采用u-i模型的定子磁鏈觀測(cè)方法時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)單，算法中不包含電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)信息，受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響小，同時(shí)計(jì)算時(shí)也不需要轉(zhuǎn)速信息[10-11]。磁鏈控制的目標(biāo)是通過(guò)選擇定子電壓空間向量將定子磁鏈的幅值控制在允許的范圍內(nèi)，使磁鏈的軌跡接近圓形。電壓空間向量對(duì)磁鏈幅值的作用為：當(dāng)所施加的電壓矢量與磁鏈的夾角小于90度時(shí)，該電壓矢量作用的結(jié)果使磁通幅值增加；當(dāng)夾角大于90度時(shí)，電壓矢量作用的結(jié)果使磁通幅值減小；當(dāng)夾角等于90度或施加的是零矢量時(shí)，磁通幅值基本保持不變。在直接轉(zhuǎn)矩控制中磁鏈的控制是通過(guò)磁鏈滯環(huán)比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其原理如圖2-6所示。圖2-6磁鏈控制結(jié)構(gòu)圖磁鏈滯環(huán)比較器對(duì)磁鏈幅值進(jìn)行兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)。容差寬度是，它是定子磁鏈幅值對(duì)于給定值所允許的波動(dòng)范圍。輸入信號(hào)是定子磁鏈給定值與磁鏈反饋值的差值，輸出信號(hào)為磁鏈量開關(guān)信號(hào)。當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。根據(jù)磁鏈量開關(guān)信號(hào)的不同，選擇不同的us(t)。磁鏈調(diào)節(jié)以兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)的方式保證了磁鏈量的恒定。2.2.3轉(zhuǎn)矩的控制和電壓空間矢量的選擇電磁轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈的矢量積決定，要改變電磁轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過(guò)改變定、轉(zhuǎn)子之間的磁鏈角來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度不會(huì)突變，因而主要是通過(guò)改變定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)達(dá)到改變轉(zhuǎn)矩這一目的。一般的，當(dāng)施加超前電壓矢量使定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度大于轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，磁鏈角加大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩增加。同理，當(dāng)施加零電壓矢量或滯后電壓矢量，相當(dāng)于定子磁鏈?zhǔn)噶客磺盎蚍崔D(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶坷^續(xù)旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)地轉(zhuǎn)矩就減小。通過(guò)選擇合適的電壓矢量并進(jìn)行合理地切換，可以使得輸出電磁轉(zhuǎn)矩在給定值Te*和允許的偏差±εT的范圍內(nèi)變化，在直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩的控制是通過(guò)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其原理如圖2-7所示。它的作用原理與磁鏈滯環(huán)比較器l類似[12]。圖2-7轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器電壓空間矢量根據(jù)磁鏈開關(guān)信號(hào)、轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)和定子磁鏈所在的區(qū)間來(lái)選擇。下面以定子磁鏈在II區(qū)間時(shí)電壓空間矢量的選擇方式進(jìn)行說(shuō)明。電壓矢量U2（010）和U3（011）都能使定子磁鏈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，達(dá)到增大轉(zhuǎn)矩的目的，但兩電壓矢量對(duì)定子磁鏈的影響卻不一樣。在要增大的情況下，要增大轉(zhuǎn)矩則選擇U2（010）作用，減小則要選擇電壓矢量U3（011）。要減小轉(zhuǎn)矩則選擇零電壓矢量，但如果要大幅度減小轉(zhuǎn)矩，則選擇與增大轉(zhuǎn)矩方向相反的電壓空間矢量，即在增大的情況下選電壓矢量U4（100），減小則選擇電壓矢量U5（101）。同樣對(duì)其他區(qū)間進(jìn)行分析，則可建立同時(shí)滿足轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈要求的電壓矢量表，由于電壓空間矢量u(SaSbSc)和逆變器的開關(guān)狀態(tài)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)定子磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩Te的偏差情況以及定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)域θ(m)，可以事先制訂一個(gè)優(yōu)化的開關(guān)選擇表如表2.2所示。表2.2的輸入為轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出TQ和磁鏈滯環(huán)比較器的輸出以及定子磁鏈所在的區(qū)間位置，通過(guò)優(yōu)化的開關(guān)表選取最優(yōu)定子電壓矢量，進(jìn)而將轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈控制在兩個(gè)滯環(huán)內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制[13-14]。表2.2開關(guān)選擇表電壓矢量的選擇S1S2S3S4S5S6ΨQ=1TQ=1U6U2U3U1U5U4TQ=0U0U0U7U0U7U7TQ=-1U5U6U2U3U1U4ΨQ=-1TQ=1U2U3U1U5U4U6TQ=0U7U7U0U7U0U0TQ=-1U1U5U4U6U2U33自抗擾控制器3.1經(jīng)典PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)上個(gè)世紀(jì)六、七十年代，現(xiàn)代控制理論發(fā)展迅速，不少學(xué)者預(yù)言，基于現(xiàn)代控制理論的新型控制器在短時(shí)間內(nèi)將取代基于經(jīng)典調(diào)節(jié)理論的PID調(diào)節(jié)器。然而，目前的工程實(shí)踐表明，PID調(diào)節(jié)器仍然保持主導(dǎo)地位。調(diào)查結(jié)果顯示，在運(yùn)動(dòng)控制、航天控制及其它過(guò)程控制的應(yīng)用中，絕大部分都采用PID調(diào)節(jié)器。而現(xiàn)代控制理論構(gòu)造的控制器不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且遇到了不易克服的適應(yīng)性、魯棒性等難題。經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器是靠“目標(biāo)和實(shí)際行為之間的誤差來(lái)消除此誤差”的控制策略，根據(jù)誤差的“過(guò)去”、“現(xiàn)在”和“將來(lái)”的變化趨勢(shì)即誤差的比例、積分、微分的線性組合來(lái)構(gòu)造控制信號(hào)。但是，常規(guī)PID直接取目標(biāo)和實(shí)際行為之間的誤差，常常使初始控制力太大而出現(xiàn)超調(diào)，同時(shí)使PID控制器參數(shù)所能適用的控制對(duì)象范圍不夠大，使PID調(diào)節(jié)器的魯棒性不夠強(qiáng)。工業(yè)過(guò)程控制的PID控制原理是“基于誤差來(lái)生成消除此誤差”的控制策略。PID在實(shí)際中大量應(yīng)用，但不易滿足高性能要求，于是想靠對(duì)象模型來(lái)尋求更好的控制方法，但靠模型的路子恰恰把PID的最大優(yōu)點(diǎn)丟掉了。增強(qiáng)控制方法實(shí)用性的一個(gè)重要途徑，就是盡可能擺脫數(shù)學(xué)模型的束縛，這是經(jīng)典調(diào)節(jié)理論所開辟的道路。不過(guò)，正是由于經(jīng)典調(diào)節(jié)理論基本上完全不考慮對(duì)象模型，單單依靠誤差的PID反饋加以調(diào)節(jié)，使得其動(dòng)態(tài)性能較差。而且，控制器局限于線性模型，微分反饋又引入較大的噪聲，品質(zhì)有待提高。現(xiàn)代控制理論在分析控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面是非常成功的，提供了很好的分析工具，并發(fā)展出比較完備的設(shè)計(jì)方法。然而，現(xiàn)代控制理論所提供的控制器設(shè)計(jì)方法，完全依賴于對(duì)象的精確模型。對(duì)于非線性和不確定性的控制對(duì)象，現(xiàn)代控制理論局限于帶有許多假定的系統(tǒng)模型上，遇到適應(yīng)性和魯棒性等難題，應(yīng)用受到限制。可以說(shuō)，現(xiàn)代控制理論沒(méi)有提供非常實(shí)用的控制器設(shè)計(jì)方法，控制理論與工程實(shí)際之間嚴(yán)重脫節(jié)。近年發(fā)展起來(lái)的自適應(yīng)、自校正控制技術(shù)，雖然能在一定程度上處理不確定性問(wèn)題，但其本質(zhì)仍然要求在線辨識(shí)對(duì)象模型，所以導(dǎo)致算法復(fù)雜、計(jì)算量大，而且對(duì)過(guò)程的未建模動(dòng)態(tài)和擾動(dòng)的適應(yīng)能力差，系統(tǒng)的魯棒性問(wèn)題尚有待進(jìn)一步解決，因此其應(yīng)用范圍受到一定的限制[15-16]。PID的優(yōu)點(diǎn)：靠控制目標(biāo)與實(shí)際行為之間的誤差來(lái)確定消除此誤差的控制策略。PID的缺點(diǎn)：（1）誤差的取法；（2）由誤差提取de/dt的辦法；（3）“加權(quán)和”策略不一定最好；（4）積分反饋有許多副作用。克服PID“缺點(diǎn)”的具體辦法是：（1）安排合適的“過(guò)渡過(guò)程”；（2）合理提取微分—跟蹤微分器(TrackingDifferentiator,TD)；（3）探討合適的組合方法—非線性組合(NonlinearLawStateErrorFeedback,NLSEF)；（4）探討“擾動(dòng)估計(jì)”辦法—擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，(ExtendedStateObserver,ESO)。如果根據(jù)階躍信號(hào)和系統(tǒng)所能承受的“能力”來(lái)安排一個(gè)合適的過(guò)渡過(guò)程，然后讓系統(tǒng)的輸出跟蹤這個(gè)安排的過(guò)渡過(guò)程，就能實(shí)現(xiàn)快速而又無(wú)超調(diào)地跟蹤階躍信號(hào)的目的，并且使控制器的魯棒性和適應(yīng)性大大得到改善。自抗擾控制器（ActiveDisturbancesRejectionController），ADRC的提出綜合了經(jīng)典調(diào)節(jié)理論與現(xiàn)代控制理論的優(yōu)點(diǎn)，“觀測(cè)+補(bǔ)償”的方法可有效處理系統(tǒng)中的非線性與不確定性問(wèn)題同時(shí)配合非線性的反饋方式，提高控制器的動(dòng)態(tài)性能[17]。3.2自抗擾控制器自抗擾控制是我國(guó)著名控制論學(xué)者韓京清研究員在二十世紀(jì)九十年代末提出的一種針對(duì)非線性不確定性系統(tǒng)的控制方法。ADRC的典型結(jié)構(gòu)包括三部分：擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、跟蹤微分器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制率。ADRC不依賴于系統(tǒng)的精確模型，將模型內(nèi)擾(模型及參數(shù)的攝動(dòng))和不可測(cè)外擾的作用歸結(jié)為系統(tǒng)的總擾動(dòng)，利用誤差反饋的方法對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，并給予補(bǔ)償，具有較強(qiáng)的魯棒性。擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器是自抗擾控制理論的核心，采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的雙通道補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，對(duì)原系統(tǒng)模型加以改造，使得非線性、不確定的系統(tǒng)近似線性化和確定性化。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制器，充分利用特殊的非線性效應(yīng)，可有效加快收斂速度，提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，成為解決一類非線性、不確定系統(tǒng)控制問(wèn)題的強(qiáng)有力手段。下面詳細(xì)介紹自抗擾的三個(gè)組成部分。3.2.1跟蹤微分器(TD)跟蹤微分器(TrackingDifferentiator)有兩個(gè)作用，第一個(gè)作用是安排過(guò)渡過(guò)程，當(dāng)設(shè)定值改變時(shí)，工業(yè)過(guò)程從一個(gè)平衡點(diǎn)過(guò)渡到另一個(gè)平衡點(diǎn)。第二個(gè)作用是提取微分信號(hào)，在實(shí)際工程中，常常需要從量測(cè)信號(hào)中提取微分信號(hào)，而微分信號(hào)的品質(zhì)對(duì)整個(gè)控制器的控制效果有很大的影響，但這些信號(hào)往往不可微，或者在噪聲的干擾下很難獲取比較好的微分信號(hào)。非線性跟蹤微分器是這樣一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)：對(duì)它輸入一個(gè)信號(hào)，它將給出兩個(gè)輸出和，其中跟蹤輸入信號(hào)，而是的微分,實(shí)際上是的“廣義微分”，是一種“品質(zhì)”很好的微分。非線性PID控制器中引入兩個(gè)跟蹤微分器和，其中用于根據(jù)目標(biāo)和對(duì)象的能力，安排合適的過(guò)渡過(guò)程和這個(gè)過(guò)程的微分信號(hào)；則用于獲取量測(cè)信號(hào)的濾波輸出及量測(cè)信號(hào)中的微分信息。然后，再用和生成誤差信號(hào)和誤差信號(hào)的微分。設(shè)二階系統(tǒng)為：(3-1)上式的快速最優(yōu)控制綜合系統(tǒng)為：(3-2)式（3-2)中，變量是在加速度r的限制下，最快地跟蹤輸入信號(hào)。充分接近時(shí)，有可做v(t)的近似微分。由于函數(shù)sign(.)具有Bang-Bang特性，所以當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)有顫振現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象，一般用線性飽和函數(shù)sat(.)代替符號(hào)函數(shù)sign(.)，其表達(dá)式為：(3-3)為了適應(yīng)數(shù)值計(jì)算的要求，將式離散化為： （3-4）進(jìn)一步推導(dǎo)出其離散最速反饋系統(tǒng)為：（3-5）為輸入信號(hào)，跟蹤，是的微分，是的廣義微分，h是步長(zhǎng)，是決定跟蹤速度的“速度因子”，是決定濾波效果的濾波因子，越大，TD跟蹤輸入越快；越大，TD的濾波效果越好。函數(shù)定義如下：（3-6）跟蹤微分器頻率特性的最大特點(diǎn)是其帶通內(nèi)有較小的相移，而且不會(huì)產(chǎn)生諧振。正因?yàn)槿绱藨?yīng)用跟蹤微分器是解決線性系統(tǒng)中超調(diào)與快速性之間矛盾的一個(gè)途徑。同時(shí)，跟蹤微分器的頻率特性，類似于線性低通濾波器，且具有很好的濾波功能。跟蹤微分器是實(shí)現(xiàn)“無(wú)超調(diào)，快速跟蹤控制目標(biāo)”的一種很有效的辦法：使誤差反饋和誤差微分反饋增益的選取范圍擴(kuò)大，從而使其整定更為容易，控制器的魯棒性更為加強(qiáng)；使控制器參數(shù)不變時(shí)所能適應(yīng)的對(duì)象范圍大為擴(kuò)大，即控制器的適應(yīng)性更為加強(qiáng)；閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高[18-19]。3.2.2擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)狀態(tài)觀測(cè)器是一種基于系統(tǒng)已知輸入和量測(cè)輸出來(lái)重構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)的策略。幾十年來(lái)，關(guān)于線性對(duì)象、非線性對(duì)象以及不確定對(duì)象的觀測(cè)器設(shè)計(jì)問(wèn)題，均己得到深入的研究。縱觀已有的方法，可分為兩種輸出誤差校正方式：基于輸出誤差線性校正的經(jīng)典狀態(tài)觀測(cè)器方法(如Luenberger觀測(cè)器)和變結(jié)構(gòu)控制。經(jīng)典的狀態(tài)觀測(cè)器，采用全狀態(tài)反饋，針對(duì)線性、確定的對(duì)象具有很好的觀測(cè)效果，但難以解決非線性和不確定性問(wèn)題。變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器中的非光滑結(jié)構(gòu)，可以提高觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)不確定性及量測(cè)誤差的魯棒性，但同時(shí)導(dǎo)致顫震現(xiàn)象。擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器作為自抗擾控制器的核心環(huán)節(jié)，其作用是有效跟蹤其觀測(cè)的狀態(tài)變量及其各階“廣義微分信號(hào)”。眾所周知，微分負(fù)反饋可加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。但由于輸出信號(hào)中含有高頻噪聲，往往微分信號(hào)無(wú)法使用。而擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器卻能有效地解決這一問(wèn)題。ESO通過(guò)擴(kuò)展一維的方法，可實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)的擾動(dòng)(包括外部干擾和內(nèi)部模型的不確定性部分)，并加以補(bǔ)償，使系統(tǒng)線性化為積分器串聯(lián)型結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化了控制對(duì)象，便于提高控制性能[20]。對(duì)于一般的非線性對(duì)象：(3-7)將其變換為擴(kuò)張狀態(tài)空間表達(dá)式：（3-8）大多數(shù)情況下是未知的，此時(shí)，令,稱為系統(tǒng)的擴(kuò)張狀態(tài)，,也是未知函數(shù)，于是有：（3-9）根據(jù)能觀系統(tǒng)的定義。在式3-9所描述的系統(tǒng)中，為系統(tǒng)量測(cè)輸出，經(jīng)微分處理可得，依次類推，經(jīng)n-1次微分得，因此，式3-9所描述系統(tǒng)的能觀。但是，在未知的情況下，線性觀測(cè)器很難實(shí)時(shí)得到精確的估計(jì)值，因此利用非線性反饋來(lái)構(gòu)造觀測(cè)器：（3-10）,...,,被擴(kuò)張的狀態(tài)對(duì)“未知擾動(dòng)”的實(shí)時(shí)作用量可以作出很好的估計(jì)。式3-10叫做式3-9的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器。若部分已知或全部已知，則將其化為：，其中已知，未知，取，于是變成式3-11所示的狀態(tài)觀測(cè)器。F(×)是系統(tǒng)的“內(nèi)擾”和“外擾”的總和，即系統(tǒng)的“總擾動(dòng)”。ESO中的估計(jì)的是“總擾動(dòng)”中未知部分的“實(shí)時(shí)作用量”：（3-11）（3-12）將實(shí)時(shí)作用量a(t)的估計(jì)值補(bǔ)償?shù)娇刂破髦?，取控制量?-13）則原非線性不確定系統(tǒng)化為：(3-14)可見(jiàn)，擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器將被控系統(tǒng)中含有的非線性動(dòng)態(tài)、模型不確定性及外部擾動(dòng)等都視為擴(kuò)張狀態(tài)，加以實(shí)時(shí)觀測(cè)、估計(jì)，利用前饋環(huán)節(jié)對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀值進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了非線性系統(tǒng)的反饋線性化。二階系統(tǒng)的擴(kuò)張狀張狀態(tài)觀測(cè)器：（3-15）若為已知，則其觀測(cè)器可設(shè)計(jì)為：（3-16）若，f0（x1，x2）已知，取x3=f1（x1，x2，t)則有（3-17）二階ESO的離散形式如下：（3-18）(3-19)式中，α2<α1可取α1=0.5,α2=0.25。f(×)是系統(tǒng)的“內(nèi)擾”和“外擾”的總和，即系統(tǒng)的“總擾動(dòng)”。估計(jì)是“總擾動(dòng)”中未知部分的“實(shí)時(shí)作用量”）,在ESO中，將系統(tǒng)的模型擾動(dòng)、參數(shù)攝動(dòng)以及測(cè)量噪聲等擾動(dòng)統(tǒng)一處理，采用擴(kuò)張的非線性環(huán)節(jié)估計(jì)出其實(shí)時(shí)作用量并加以補(bǔ)償，從而將具有非線性、不確定的對(duì)象簡(jiǎn)化為積分串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的線性化和確定性化，確定性化和線性化后的系統(tǒng)，即可采用己有的經(jīng)典控制理論進(jìn)行控制[21-24]。3.2.3非線性狀態(tài)誤差反饋控制律（NLSEF）在利用跟蹤—微分器來(lái)改進(jìn)經(jīng)典PID和利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器提取為實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)反饋”、“模型和外擾補(bǔ)償”所需的信息的基礎(chǔ)上，可以得到非線性狀態(tài)誤差反饋控制律NLSEF。在“NLSEF”結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的“模型”和“外擾”處于同等地位，均可用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)出其實(shí)時(shí)作用量而給以補(bǔ)償。擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器是把有未知外擾的非線性不確定對(duì)象用非線性反饋化為“積分器串聯(lián)型”，是一種對(duì)非線性不確定對(duì)象實(shí)現(xiàn)反饋線性化結(jié)構(gòu)。利用ESO估計(jì)到的zn+1=f(x,,,…x(n-1),t)構(gòu)造控制律：u=u0-zn+1/b,zn+1跟蹤α(t)，于是有：（3-20）對(duì)應(yīng)系統(tǒng)被“偽線性化”成“積分器串聯(lián)型”，這是不確定系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)線性”。系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題變成對(duì)“積分器串聯(lián)型系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)問(wèn)題。這樣就能用“狀態(tài)誤差反饋”來(lái)設(shè)計(jì)理想的控制器了。當(dāng)然，這個(gè)控制律的設(shè)計(jì)可不必局限在線性形式上，應(yīng)采用更合適的“非線性配置”。這就產(chǎn)生了“非線性狀態(tài)誤差反饋控制律”。令：（3-21）其中,為安排過(guò)渡過(guò)程及其各階導(dǎo)數(shù)和對(duì)象的狀態(tài)變量之間的差。從一定意義上講，NLSEF是非線性PID的推廣。適當(dāng)選擇3-20控制律的各個(gè)參數(shù)，該控制器有很好的適應(yīng)性和魯棒性。對(duì)于一個(gè)二階的NLSEF控制器的離散形式如下：（3-22）補(bǔ)償擾動(dòng)形成控制量為：（3-23）3.3自抗擾控制器的仿真ADRC由ESO，TD和NLSEF三部分組成。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)有些過(guò)程用普通的Simulink模塊不容易搭建，可以使用Simulink支持的S-函數(shù)格式。用MAILAB語(yǔ)言來(lái)編寫S函數(shù)，S函數(shù)的形式十分通用，它能夠支持連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)，可以說(shuō)幾乎所有的Simulink模型都可以用S函數(shù)來(lái)描述。在Simulink里狀態(tài)向量可以分為連續(xù)狀態(tài)、離散狀態(tài)，或者是兩者的結(jié)合。Simulink在仿真時(shí)可以分為不同的仿真階段。它們分別是計(jì)算模塊的輸出、更新它的離散狀態(tài)和計(jì)算連續(xù)狀態(tài)的微分、在仿真的開始和結(jié)束，還包括初始化和結(jié)束任務(wù)兩個(gè)階段。在每一個(gè)階段，Simulink都重復(fù)地對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)用。自抗擾控制器的組成部分—TD、ESO、NLSEF都是采用的MATLAB語(yǔ)言來(lái)編寫對(duì)應(yīng)的S-函數(shù)，來(lái)形成自抗擾控制器的[25-26]。3.3.1自抗擾控制器設(shè)計(jì)自抗擾控制器是在非線性PID控制器的基礎(chǔ)上引入ESO而發(fā)展起來(lái)的，它的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它由二階跟蹤微分器TD、三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器ESO和非線性狀態(tài)誤差反饋律NLSEF三部分結(jié)構(gòu)組成。TD的作用是安排過(guò)渡過(guò)程并給出過(guò)渡過(guò)程的微分信號(hào)，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器ESO對(duì)狀態(tài)變量的估計(jì),及系統(tǒng)總擾動(dòng)（模型不確定和外擾）的實(shí)時(shí)作用量的估計(jì)，而反饋量將起到補(bǔ)償這個(gè)“總擾動(dòng)”的作用。b0為b的估計(jì)值。非線性組合NLSEF實(shí)現(xiàn)對(duì)各階誤差信號(hào)的非線性加工組合。圖3-1自抗擾控制原理圖根據(jù)前面介紹的二階自抗擾控制器的三個(gè)組成部分（TD、ESO、NLSEF）的離散模型，用MATLAB語(yǔ)句編寫了其對(duì)應(yīng)的S-函數(shù)。本章中的有關(guān)自抗擾控制器的參數(shù)為：TD：r=300，h=0.01ESO:β01=100,β02=65，β03=80，b=1.05，0=1NLSEF：β1=100，β2=10，α01=0.75，α02=0.5，1=0.1，2=0.2，b0=13.3.2自抗擾控制器的仿真 假設(shè)受控對(duì)象為時(shí)變模型：（3-24）構(gòu)建的自抗擾控制的仿真模型如圖3-2所示。圖3-2自抗擾控制的仿真模型設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的函數(shù)為方波，其頻率為0.1。這樣就能給控制器設(shè)置所需的參數(shù)，對(duì)這樣的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，控制效果如圖3.3所示圖3-3仿真結(jié)果圖4基于自抗擾控制的異步電機(jī)控制異步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、不確定的控制對(duì)象。對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其控制器設(shè)計(jì)具有較高的難度。對(duì)于轉(zhuǎn)速控制器，其調(diào)節(jié)對(duì)象為電機(jī)的負(fù)載，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化難以預(yù)知。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器將負(fù)載轉(zhuǎn)矩視為擾動(dòng)，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)腜I參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)載擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。不過(guò)，一組PI參數(shù)只能針對(duì)特定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)較好的調(diào)節(jié)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，其動(dòng)態(tài)性能受到較大的影響。在轉(zhuǎn)速控制器性能要求較高的情況下，往往需要采用觀測(cè)器的方法實(shí)時(shí)觀測(cè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并加以補(bǔ)償。除了受負(fù)載擾動(dòng)和電流耦合項(xiàng)影響外，PI調(diào)節(jié)器限于其線性模型，控制品質(zhì)不高。為消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分反饋不可缺少。在系統(tǒng)模型存在擾動(dòng)項(xiàng)的情況下，主要依靠積分環(huán)節(jié)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，但積分時(shí)間常數(shù)的大小難以做到有的放矢。總的來(lái)說(shuō)，PI調(diào)節(jié)器只能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，而對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)毫無(wú)好處，甚至降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性[27]。針對(duì)以上控制方法的缺點(diǎn)，ADRC提供了很好的解決方法。ADRC基于誤差反饋策略，不依賴于系統(tǒng)的精確模型。將未知的外部擾動(dòng)與難以處理的模型耦合項(xiàng)等歸結(jié)為總擾動(dòng)，采用ESO統(tǒng)一加以“觀測(cè)和補(bǔ)償”，使得系統(tǒng)近似線性化和確定性化。在此基礎(chǔ)上，對(duì)改造后的系統(tǒng)模型采用經(jīng)典控制方法設(shè)計(jì)控制器，從而獲得很好的控制性能。本章采用ADRC設(shè)計(jì)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)速環(huán)控制器。用ADRC控制器取代PI控制器，形成了完整的異步電機(jī)自抗擾直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高性能的控制目標(biāo)。4.1異步電機(jī)自抗擾控制器的設(shè)計(jì)對(duì)于直接轉(zhuǎn)矩控制下的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其控制器均為一階模型，所以設(shè)計(jì)的是一階的自抗擾控制器，ESO只輸出控制對(duì)象和未知擾動(dòng)項(xiàng)的觀測(cè)值，而沒(méi)有控制對(duì)象的微分輸出項(xiàng)。因此，控制器不需要TD的微分輸出。TD相應(yīng)只起到濾波的作用，以安排控制對(duì)象參考值的過(guò)渡過(guò)程。不過(guò)，過(guò)渡過(guò)程的安排是針對(duì)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，對(duì)于異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，安排過(guò)渡過(guò)程沒(méi)有意義。因此，針對(duì)本文所研究的控制對(duì)象的特殊性，TD環(huán)節(jié)無(wú)任何作用，在ADRC的模型中省略不用。圖4-1轉(zhuǎn)速環(huán)控制器的ADRC的模型框圖4.1.1自抗擾控制器的算法實(shí)現(xiàn)（1）ESO的離散算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于直接轉(zhuǎn)矩控制下的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其控制器均為一階模型，相應(yīng)采用二階的ESO的離散形式，如式4-1所示。（4-1）主要用到的S函數(shù)程序段：function[sys,x0,str,ts]=control(t,x,u,flag)switchflag,%Initialization%case0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;%Derivatives%case{1,4,9}sys=[];%Update%case2,sys=mdlUpdate(t,x,u);%Outputs%case3,sys=mdlOutputs(t,x,u);%Unexpectedflags%otherwiseerror(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);end%endsfuntmpl%mdlInitializeSizes%Returnthesizes,initialconditions,andsampletimesfortheS-function.function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=2;sizes.NumOutputs=2;sizes.NumInputs=2;sizes.DirFeedthrough=0;sizes.NumSampleTimes=1;%atleastonesampletimeisneededsys=simsizes(sizes);x0=[00];str=[];ts=[-10];%endmdlInitializeSizes%mdlUpdate%Handlediscretestateupdates,sampletimehits,andmajortimestep%requirements.functionsys=mdlUpdate(t,x,u)e=x(1)-u(2);sys(1)=x(1)+0.01*(x(2)-65*e+0.3*u(1));sys(2)=x(2)-0.01*80*fal(e,0.5,0);%endmdlUpdate%mdlOutputs%Returntheblockoutputsfunctionsys=mdlOutputs(t,x,u)sys=x;%endmdlOutputsfunctionf=fal(e,a,d)ifabs(e)<df=e*d^(a-1);elsef=(abs(e))^(a)*sign(e);end（2）一階NLSEF的離散算法實(shí)現(xiàn)形式為：e1=n*-z1(k)u0=β1fal(e1,α1,σ1)uk=(u0(k)-z2(k))/b可以看出，該控制器算法中不存在動(dòng)態(tài)的過(guò)程，故可以設(shè)置連續(xù)和離散的狀態(tài)個(gè)數(shù)均為0。根據(jù)上面的公式編寫出相應(yīng)的S-函數(shù)。function[sys,x0,str,ts]=control(t,x,u,flag)switchflag,%Initialization%case0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;%Derivatives%case{1,2,4,9}sys=[];%Outputs%case3,sys=mdlOutputs(t,x,u);%Unexpectedflags%otherwiseerror(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);end%endsfuntmpl%mdlInitializeSizes%Returnthesizes,initialconditions,andsampletimesfortheS-function.function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInputs=3;sizes.DirFeedthrough=1;sizes.NumSampleTimes=1;%atleastonesampletimeisneededsys=simsizes(sizes);x0=[];str=[];ts=[-10];%endmdlInitializeSizes%mdlOutputs%Returntheblockoutputs.functionsys=mdlOutputs(t,x,u)e=u(1)-u(2);u0=2*fal(e,0.8,0);sys=u0-u(3)/1.05;%endmdlOutputsfunctionf=fal(e,a,d)ifabs(e)<df=e*d^(a-1);elsef=(abs(e))^(a)*sign(e);end4.1.2異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)ADRC設(shè)計(jì)結(jié)合考慮異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和自抗擾控制器，在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)中用ADRC取代經(jīng)典的PI控制。設(shè)計(jì)的自抗擾技術(shù)的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方案如圖4-2所示。圖4-2自抗擾技術(shù)的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方案根據(jù)基于自抗擾控制器的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了其仿真結(jié)構(gòu)圖，圖4-3仿真結(jié)構(gòu)圖4.2仿真與分析仿真采用三相鼠籠型感應(yīng)電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)參數(shù)：額定電壓us=380V，額定頻率f=50Hz，額定功率pn=1.5kw,定子電阻Rs=6.03Ω,轉(zhuǎn)子電阻Rr=6.085Ω,定子電感Ls=0.5192H,轉(zhuǎn)子電Lr=0.5192H，定轉(zhuǎn)子互感Lm=0.4893H,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.00488kg.m2，極對(duì)數(shù)np=2。4.2.1基于ADRC的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真圖4-4為當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為5N.m，在t=0.5s時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速由1200r/min變?yōu)?00r/min，在t=1.0s時(shí)，變?yōu)?00r/min的定子磁鏈軌跡和系統(tǒng)響應(yīng)的波形。圖4-4中的（a）圖為定子磁鏈軌跡、（b）圖為電機(jī)轉(zhuǎn)速、（c）圖為電磁轉(zhuǎn)矩、（d）圖為定子電流a相。從圖4-4中可以看出，定子磁鏈中軌跡為圓形，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定，電機(jī)轉(zhuǎn)速能快速跟隨給定，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，定子電流是正弦曲線，自抗擾控制性能良好。圖4-5為電機(jī)轉(zhuǎn)速n=600r/min時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩在t=0.5s時(shí)由TL=0階躍到TL=15N.m的定子磁鏈軌跡和系統(tǒng)響應(yīng)波形。圖4-5中的（a）圖為定子磁鏈軌跡、（b）圖為電機(jī)轉(zhuǎn)速、（c）圖為電磁轉(zhuǎn)矩、（d）圖為定子電流a相。從圖4-5中可以看出，負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，定子磁鏈的軌跡為圓形，自抗擾控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)無(wú)超調(diào),動(dòng)態(tài)速降低，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定，控制性能良好[28-30]。圖4-4給定速度發(fā)生階躍變化時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)仿真波形圖4-5給定負(fù)載階躍變化時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)波形圖4-6為電機(jī)轉(zhuǎn)速n=100r/min時(shí)，在t=0.5s時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL=0階躍到TL=15N.m的定子磁鏈軌跡和系統(tǒng)響應(yīng)波形。圖4-6中的（a）圖為定子磁鏈軌跡、（b）圖為電機(jī)轉(zhuǎn)速、（c）圖為電磁轉(zhuǎn)矩、（d）圖為定子電流a相。從圖4-6中可以看出，在低速過(guò)程中，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定，說(shuō)明基于自抗擾的直接轉(zhuǎn)矩控制的低速性能也很好。同一組ADRC參數(shù)對(duì)電機(jī)各個(gè)運(yùn)行工況都能實(shí)現(xiàn)良好的控制性能[30-33]。圖4-6給定轉(zhuǎn)速100r/min時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)波形5結(jié)論本文基于自抗擾控制器，針對(duì)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。（1）分析了直接轉(zhuǎn)矩控制原理，對(duì)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了介紹，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。（2）對(duì)自抗擾控制算法的機(jī)理進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析傳統(tǒng)PID算法的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了自抗擾控制器的三個(gè)典型環(huán)節(jié)：跟蹤微分器（TD）、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）、非線性狀態(tài)誤差反饋（NLSEF），給出了自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建了自抗擾控制器的仿真模型。（3）將ADRC應(yīng)用于異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，給出了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，使用一階ADRC設(shè)計(jì)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速自抗擾控制器，并采用S-函數(shù)實(shí)現(xiàn)了ADRC控制算法，建立了基于異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真模型。參考文獻(xiàn)[1]袁壽財(cái),朱長(zhǎng)純.現(xiàn)代交流傳動(dòng)控制技術(shù)的回顧與展望[J].光機(jī)電信息2002(6):29-37.[2]周煉,謝運(yùn)祥.交流調(diào)速系統(tǒng)及相應(yīng)電力電子技術(shù)的發(fā)展綜述[J].微電機(jī)，199932(6):24-27.[3]TaeWC,MeongKC,BoseBK.Anovelstart-upschemeofstatorfluxorientedvectorcontrolledinductionmotordrivewithouttorquejerk[J].IEEETransonInd,2001,23(2):148-153.[4]ThomasM，Jahns,VadimirBlasko.RecentAdvancesinPowerElectronicsTechnologyforIndustrialandTractionMachineDrives[C].PROCEEDINGSOFTHEIEEE,VOL.89,NO.6,JUNE2001:23-25.[5]李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M]