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四象限交流传动系统以背靠背(Back-to-Back)电压型PWM变流器为主电路,具备能量双向流动、网侧功率因数可调、输出谐波含量小等诸多长处,在电能和电力变换系统、电机控制等领域受到了普遍关注。背靠背(Back-to-Back)电压型PWM变流器和鼠笼式异步电动机(IM)组成了参数时变、强耦合、多变量、非线性的高阶系统。在交流传动系统变频调速领域,传统控制策略控制性能差,尤其是参数时变、网侧和机侧独立控制、负载不确定性等增加了控制难度,交流传动系统的动、静态性能急需提高。针对四象限交流传动系统控制策略的缺陷,非线性控制策略逐渐进入人们的视野。在电机控制领域,基于能量成形的端口受控哈密顿控制策略逐渐受到专家和学者们的普遍关注。本文利用能量成形、互联配置和阻尼注入的方法,求取了交流传动系统的期望平衡点和PCH控制器,达到了基于Back-to-Back PWM变流器的交流传动系统四象限运行的控制目标。第一,介绍了课题研究的背景及意义,分析了四象限交流传动系统的国内外发展动态,详细介绍了控制系统主电路、控制电路和控制策略的发展趋势。第二,对四象限交流传动系统的工作原理和端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型进行研究。首先,在四象限交流传动系统工作原理的基础上,分析了系统运行状态与能量流向的关系,并对电机四象限运行的特性进行了详细说明。其次,对端口受控哈密顿系统和端口受控耗散哈密顿系统结构进行了分析。再次,分别于三相静止坐标系(3s)下和两相旋转坐标系(2r)下,建立了四象限交流传动系统的数学模型,包括网侧PWM变流器VSC1的数学模型、机侧PWM变流器VSC2和IM的数学模型。最后,建立了四象限交流传动系统的PCHD模型,包括网侧PWM变流器VSC1的PCHD模型、机侧PWM变流器VSC2和IM的PCHD模型。第三,对四象限交流传动系统的状态误差PCH控制策略进行研究,提出并证明了基于能量成形和状态误差PCH控制策略的原理。以网侧和机侧的系统控制目标为基础,求取了控制系统的期望平衡点,并对系统控制器进行设计。最后,对所求取的系统控制器进行了稳定性分析和证明。第四,利用Matlab/Simulink仿真软件,结合综合协调控制策略和电压空间矢量脉宽调制方式,对状态误差PCH控制方法进行了仿真研究,并与矢量控制策略进行了分析比较。仿真结果证明了状态误差PCH控制策略在静态、动态性能的优越性。