摘要：针对电机传统控制策略依赖模型精确性、对参数变化敏感等问题，从能量的观点出发，利用哈密顿能量系统理论来设计混合磁路电机的速度控制器。根据铜耗最小原则下的****电流控制原理确定系统期望的平衡点；利用互联和阻尼配置的方法，设计了系统在负载转矩已知时的速度控制器；并利用负载转矩估器在线观测负载转矩，由此设计了系统在负载转矩未知时的速度控制器；同时给出了平衡点的稳定性分析。仿真结果验证了该控制策略具有较好的控制效果，对系统参数变化具有较好的鲁棒性。

    关键词：哈密顿能量系统理论；混合磁路电机；端口受控哈密顿

    中图分类号：tm301. 2文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)03-0013-05

  作为新型发展的电机，混合磁路电机( hesm)既有永磁电机的高功率密度、高效率、高可靠性等优蠃，又有电励磁电机良好的调整特性，具有良好的发展前景。但是，hesm本质上是一个参数和负载具有不确定性的多变量、强耦合的非线性系统。因此，如何建立有效的控制系统，设计出高性能、鲁棒性强的控制器，这是值得深入研究的课题。尽管非线性解耦方法应用于hesm获得了一些结论，但它并不是本质上的非线性控制，需要对hesm系统做线性化处理，存在依赖模型精确性、参数的精确度等缺陷。而且不是所有的非线性特性对于控制器的设计都是有害的，在实际设计中应充分加以利用。另一方面，系统的能量变化与稳定性有着密切的关系。因此，如果能从能量的角度来研究hesm，就可以从本质上实现非线性控制。

    目前，广义哈密顿能量系统理论在非线性系统控制领域获得了广泛应用。其主要特点是，将动态系统看作能量变换装置，被控系统具有端口受控哈密顿( pch)结构，通过互联和阻尼配置，使得控制器的实现与系统稳定性分析简洁有效。

    本文以隐极式hesm为研究对象，从电机实际运行特点出发，充分考虑电机运行时的铜耗情况，确定了hesm基于钢耗最小原则下的****电流控制方法；再以此****电流控制原理确定了系统期望的平衡点；然后从能量的角度出发，利用广义哈密顿能量系统理论，设计了hesm的速度控制器；最后利用matlab/simulink平台，对控制器的控制效果进行了仿真分析。

    由于hesm的转矩和电流之间具有非线性的关系，即便是不同的电流取值也可以产生相同的转矩。因此，如何选择一组适当的定、转子电流，这对于实现高效能和宽调速的操作具有重要意义[6-7]。

隐极式hesm的电磁转矩方程为：

                 

    从式(1)可看出，定子直轴咆流id的大小对电磁转矩并没有影响。因此，在产生所要求转矩的情况下，若选择id=o，则只需要最小的定子电流，从而使铜耗下降，效率有所提高。此时，定、转子电流所产生的总铜耗为pw=riq2+rfif2。

    现在考察基于铜耗最小原则下的电流控制****问题，此时等价于解决以下的****问题，即，对于给定的电磁转矩常数ct= te/np，确定iq和if使得总铜耗pw最小。因此，考虑式(2)带有拉格朗日参数a的方程：

  

通过引入拉格朗日函数，把有等式约束的****问题转化为无约束的****问题。令：

消去式(3)中的拉格朗日参数a，确定iq和if的关系：