基于LADRC的异步电动机降压节能技术
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ｍｏｔｏｒ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｌｕｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄ ｒａｔｅｓ ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏ—
第 ３０卷 第 ２期 ２０１８年 ２月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＳＵ－ＥＰＳＡ
ＶｏＩ．３０ ＮＯ．２ Ｆｅｂ． ２０１８
基于 ＬＡＤＲＣ的异步 电动机降压节能技术
周雪松 ，崔 皓博 ，马幼捷 ，高志强
（天津 理 工大 学天 津市 复杂 系统 控制 理论 及应 用 重点 实验 室 ，天津 ３００３８４）
马 拉 小 车 现 象 ”就 造 成 了 电机 在 实 际 运 行 过 程 中 １ 异步 电动机降压节能 的原理概述 电能的极大 浪费ｎ’２１。在 电机处于空载或者轻载的
的安全性 ，通常过大地选择其安全余 量 ，这就使得 子侧 输入 电压使 得电机 内部各种损耗之 和最低 ，
异 步 电动 机 在 运 行 过 程 中常 常 处 于 轻 载 ，甚 至 在 以此 来提高 电机运 行 的功率 因数 ，提高 电机运行
负 载变 化 不的效 率 ，从 而达 到节 能 的 目的 。
摘要 ：为 了实 现异步电动机在轻载状况下 高效运行 ，将 自抗 扰控制策略应用 于异步电动机降压节能技术 中。首 先对 电机轻载运行状况 和调压节 能原 理进 行分析 ，推导 出不 同负载率下的最优 电压值 ，介绍 了调压模块 的原理 。 然后设计 线性 自抗 扰控制器 ，在负载变化 时利用调压 电路改 变电机输入 电压 ，使其跟 踪最优 电压 以实 现节能 。 最后通过仿真分析 ，结果表 明线性 自抗扰 控制 器 比传统 比例积分微分控制更具有 良好 的跟踪效果 和响应速 度。 关键词 ：异步电动机 ；调 压 ；自抗扰控制 ；最优电压 中图分类号 ：ＴＭ３４３ 文献标志码 ：Ａ 文章 编号 ：１００３—８９３０（２０１８）０２—００４３—０６ Ｄ０Ｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—８９３０．２０１８．０２．Ｏ０８
ｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａ ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＬＡＤＲＣ）ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｈａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｍｏｔｏｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｈａｎｇｅｓ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｖｏｈａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｃｋｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｅｎｅｒｇ ｙ —ｓａｖｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ＬＡＤＲＣ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ—ｉｎｔｅｇｒａｌ—ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏ１．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｖｏｈａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｌｔａｇｅ
异 步 电 动 机 因其 结 构 简 单 ，价格 低 廉 ，坚 固耐 故 此时 电机 运行 的功率 因数很低 ，电机 的效率也
用 等优 点 ，故 作 为 工业 主要 的动 力 负 载 ，广 泛 地 应 很 低 ，如 若 在 这 种 运 行状 况 下 ，采 取 一些 措 施 在 保
用 于 人 们 的 日常 生 活 中 。据 有 关 统 计 数 据 ，我 国 证 电机 输 出功率 不 变 的情 况 下降低 电机 内部 损
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍ ｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＡＤＲＣ
ＺＨＯＵ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＣＵＩ Ｈａｏｂｏ，ＭＡ Ｙｏｕｊｉｅ，ＧＡＯ Ｚｈｉｑｉａｎｇ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｈｅｏｒ ｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，
异 步 电动 机 一 年 的耗 电量 可 以 占到全 国工 业 总 用 耗 ，便 可 以达 到 节能 的 目的 。
电量的 ６０％一７０％。但 实际情况下 ，人们根据 负载 本文 主要介绍一种基于 自抗扰控制 的异步 电
情 况 选 择 异 步 电 动 机 容 量 时 ，为 了 保 证 电机 运 行 动 机 降 压 节 能 控 制 策 略 ，主要 是 通 过 降 低 电 机 定
Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ０±ａｎ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｎ ｌｉｇｈｔ １ｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃ－ ｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＤＲＣ）ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
第 ３０卷 第 ２期 ２０１８年 ２月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＳＵ－ＥＰＳＡ
ＶｏＩ．３０ ＮＯ．２ Ｆｅｂ． ２０１８
基于 ＬＡＤＲＣ的异步 电动机降压节能技术
周雪松 ，崔 皓博 ，马幼捷 ，高志强
（天津 理 工大 学天 津市 复杂 系统 控制 理论 及应 用 重点 实验 室 ，天津 ３００３８４）
马 拉 小 车 现 象 ”就 造 成 了 电机 在 实 际 运 行 过 程 中 １ 异步 电动机降压节能 的原理概述 电能的极大 浪费ｎ’２１。在 电机处于空载或者轻载的
的安全性 ，通常过大地选择其安全余 量 ，这就使得 子侧 输入 电压使 得电机 内部各种损耗之 和最低 ，
异 步 电动 机 在 运 行 过 程 中常 常 处 于 轻 载 ，甚 至 在 以此 来提高 电机运 行 的功率 因数 ，提高 电机运行
负 载变 化 不的效 率 ，从 而达 到节 能 的 目的 。
摘要 ：为 了实 现异步电动机在轻载状况下 高效运行 ，将 自抗 扰控制策略应用 于异步电动机降压节能技术 中。首 先对 电机轻载运行状况 和调压节 能原 理进 行分析 ，推导 出不 同负载率下的最优 电压值 ，介绍 了调压模块 的原理 。 然后设计 线性 自抗 扰控制器 ，在负载变化 时利用调压 电路改 变电机输入 电压 ，使其跟 踪最优 电压 以实 现节能 。 最后通过仿真分析 ，结果表 明线性 自抗扰 控制 器 比传统 比例积分微分控制更具有 良好 的跟踪效果 和响应速 度。 关键词 ：异步电动机 ；调 压 ；自抗扰控制 ；最优电压 中图分类号 ：ＴＭ３４３ 文献标志码 ：Ａ 文章 编号 ：１００３—８９３０（２０１８）０２—００４３—０６ Ｄ０Ｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—８９３０．２０１８．０２．Ｏ０８
ｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａ ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＬＡＤＲＣ）ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｈａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｍｏｔｏｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｈａｎｇｅｓ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｖｏｈａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｃｋｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｅｎｅｒｇ ｙ —ｓａｖｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ＬＡＤＲＣ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ—ｉｎｔｅｇｒａｌ—ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏ１．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｖｏｈａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｌｔａｇｅ
异 步 电 动 机 因其 结 构 简 单 ，价格 低 廉 ，坚 固耐 故 此时 电机 运行 的功率 因数很低 ，电机 的效率也
用 等优 点 ，故 作 为 工业 主要 的动 力 负 载 ，广 泛 地 应 很 低 ，如 若 在 这 种 运 行状 况 下 ，采 取 一些 措 施 在 保
用 于 人 们 的 日常 生 活 中 。据 有 关 统 计 数 据 ，我 国 证 电机 输 出功率 不 变 的情 况 下降低 电机 内部 损
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍ ｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＡＤＲＣ
ＺＨＯＵ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＣＵＩ Ｈａｏｂｏ，ＭＡ Ｙｏｕｊｉｅ，ＧＡＯ Ｚｈｉｑｉａｎｇ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｈｅｏｒ ｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，
异 步 电动 机 一 年 的耗 电量 可 以 占到全 国工 业 总 用 耗 ，便 可 以达 到 节能 的 目的 。
电量的 ６０％一７０％。但 实际情况下 ，人们根据 负载 本文 主要介绍一种基于 自抗扰控制 的异步 电
情 况 选 择 异 步 电 动 机 容 量 时 ，为 了 保 证 电机 运 行 动 机 降 压 节 能 控 制 策 略 ，主要 是 通 过 降 低 电 机 定
Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ０±ａｎ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｎ ｌｉｇｈｔ １ｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃ－ ｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＤＲＣ）ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ