矿用电动轮自卸车调速系统的自抗扰控制研究

大型矿用 电动轮 自卸车是大型露天矿山的主要 运输工具， 承担着世界上 ４ ％的煤、０ ０ ９ ％的铁矿的开采
４ ％一０ 使得转子磁链 的观测不准， ０ ５ ％， 电磁转矩 和 转子磁链解耦控制不完全． 传统 ＰＤ控制器的抗扰动 Ｉ 性和鲁棒性差， 难以对高阶、 多变量、 非线性 、 强耦合的
速 系统 的性 能 ， 望对 电磁转 矩和 磁链进行 动态解 耦 希
为转速子系统的外扰． 通过对感应电机数学模型的整 理， 分析其含时变参数的不确定项， 形成新的扰动项并 结合扩张状态观测器（Ｓ ） Ｅ Ｏ的进行扩张状态， 出新 估计 扰动项的实际作用量， 实现对电动轮 自 卸车的电机调 速系统的自抗扰控制 是一种新型的解耦控制方案， 一
大扭矩工况下，电机的转子电阻 ， 变化范围达可到
收稿 日期：０ ９ １－ ９ ２０—０２ 基金项 目： 国家科技厅支撑计划资助项 目（ ０ Ｂ Ｂ ０ ） ２ ６ Ａ １ Ｂ ３ 湖南省自 科学基金资助项 目（ Ｊ ０ ２ ０ １ ； 然 ０ Ｊ １１ ９９
通信作者 ： 周少武（ ６ －男， １ ４） 湖南湘潭人， 博 士， ９ ， 教授， 研究方向： 时滞大系统鲁棒稳定性等．— ８： ａ ｕｈｕ ６－ｍ Ｅ ｍ ｉ ｈｏ ｚｏ＠１３ ０ ｌ ｗ ｓ ｃ
ｙ￣ ， 加 ＋６）ｂｕ ｂ ， － ｔ ， ， （ｔ ｄ ＋ｏ （ － ｕ （ ２ ） 可 以将（ ｔ ｂ ・ 当作新的扰动项， 际上， ｂ） ｄｚ （－ ‘ 实 当
式 中，
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矿用 电动轮 自卸车调速 系统的 自抗扰控制研究
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ＰＤ控制以及与其相结合的智能控制策略【 Ｉ ４ ］ ． 国内外交流传动的电动轮 自卸车的电控系统仍
多采用基于 ＰＤ控制器的转子磁场定 向的矢量控制 Ｉ
策 略 ． 电动轮 自卸 车起 制动 频繁 ， 由于 经常工 作在 低速
１ 自抗扰控制器 的概述
基于 Ｅ Ｏ的自抗扰控制是 由中科院韩京清研究 Ｓ 员首次提 出的一种鲁棒控制技术， 它用配置系统结构 替代极点配置进行控制系统设计， 该方法能 自 动补偿 对象模型的失配和来 自外界 的扰动 ，Ｄ Ｃ是一种不 ＡＲ
依赖系统模型的新型非线性控制器【． ｌ 四 ＡＲ Ｄ Ｃ的典型结构包括 ３ 个部分： Ｏ 跟踪微分 Ｅ ， Ｓ
器 ） 和非线性状态误差反馈控制律￣ｔＥ ３ Ｓ ｒ 下面以 ．
且 轴取为 Ｍ轴， 变频调速的感应电机动态模型为啕
ｔ －
典型的二阶 Ａ Ｒ Ｄ Ｃ为例说明 Ａ Ｒ Ｄ Ｃ的控制原理． 设有一类不确定对象， 属于时变系统， 可表达为
性能明显优 于传统 Ｐ 调节器， Ｉ 对感应电机的其它参数变化也具有较强的鲁棒 ｌ， 易 生容 推广交流传动的其它应用 中 ．
关键词 ： 电动轮 自 卸车： 抗扰控制： 自 参数摄动； 动态解耦； 鲁棒控制
中图分类号 ： Ｍ３ １ Ｔ ０． ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ４ ５７ （ ００ ０ — ０ ４ ０ １７ — ８ ６２ １ ）１ ０ ５－ ５
扰控制 器（Ｄ Ｃ的转子磁场定向矢量控制的感应 电机闭环调速 系 分析 了Ａ Ｒ Ａ Ｒ ） 统， Ｄ Ｃ对 感应 电 机参数摄动和外扰 等不确定项的补偿
作用， 了感应电机的转子磁链和 电磁 转矩的动态解耦． 实现 仿真结果表 明， 系统在 大范围转子 电阻摄 动和转矩干扰下， 调速 系统的动 态
转子电阻 的摄动和转子磁链 的观测不准等时变 因素视为系统的内扰， 负载 对转速子系统的影响视
矿用 电动轮 自卸车按载重量不同采用两种不 同
的传动方式， 即直流电动机驱动和交流电机驱动． 在其 交流传动中， 因三相鼠笼型感应电动机坚固耐用， 维修
费用低。 前在装载量 ２ ８ 以上的电动轮 自卸车多采 目 １ ｔ 用感应电机进行电传动［ ２ １ ． 在电动轮 自卸车 的交流传动的应用 中， 为提高调
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其中 ： ， 未知外扰， 夕 和 ６ ： ， 未知函数， 包含系
统 中所有不确定项． 设有 ６ ６ ６ ０ ６ ２ ＞ ， ． 变化范围 ＞ ＞取 内的某一中间值 ６则式（ 可改写成 。 ， １ ）
实现了感应电机的转子磁链和电磁转矩的动态解耦，
控制． 近年来国内外学者们研究了各种控制策略， 有基 于电机精确模型 的滑模变结构控制 、 反推控制、 鲁棒 控制 、 自适应控制囹 有基于非精确数学模型的经典 等，
对电机 的转子电阻和负载转矩变化不敏感， 仿真实验
验证了这一方案的可行性．
感应电机实现高效的动态控制．
运输量， 其费用约 占总成本的 ５ ％ ０ 左右． 世界上直到 ２ Ｏ
世纪末， 据不完全统计全球共有 ４ ５ ２ 个大型露天矿山， 拥有 ７ １ 辆载重 １０ 级以上的矿用 自 ０ ７ ０ ｔ 卸车， 且呈很
快 的上升趋 势【 １ ］ ．
本文基于 自 抗扰控制器（Ｄ Ｃ原理及其应用， Ａ Ｒ） 将
（ 南科 学 信息 气 程学 ，南 湘潭４１ １．潭电 股份 公司湖 湘 ４１ １．南大 电 信 工程 ，南 长 ４ ０ ） １ ． 技大 湖 与电 工 院湖 １ ０２ ２ ；湘 机 有限 ，南 潭 １ ０； １３ 湖 学 气与 息 学院湖 沙 １ ８ ０２
摘
要： 针对矿用电动轮 自 卸车交流 电驱动调速 系统中感应电机参数摄动现 象严重， 制鲁棒性差的难题， 究了一种基于 自 控 研 抗