電子信息工程學(xué)院ppt開題樣板

1、姓姓 名：名：#導(dǎo)導(dǎo) 師：師：#教授教授電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)研究匯報內(nèi)容：匯報內(nèi)容：四、課題進(jìn)行的工作四、課題進(jìn)行的工作一、選題背景及研究意義一、選題背景及研究意義二、課題研究動態(tài)二、課題研究動態(tài)三、課題研究的主要內(nèi)容三、課題研究的主要內(nèi)容五、工作進(jìn)展與課題研究計劃五、工作進(jìn)展與課題研究計劃 隨著工業(yè)科技手段的提高和生活水平對于生產(chǎn)要求的增長，變頻調(diào)速對于系統(tǒng)的功率等級、穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步的要求。 但伴隨高壓大功率三相調(diào)速系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)，很多問題也開始逐漸顯露：l三相電機(jī)故障后會變成單相電機(jī)，若不降低負(fù)載會產(chǎn)生過電流，容易燒毀電機(jī)；l由于受電力電子器件的功率限制，兩電平電壓源型逆變器

2、要獲得大容量輸出一般只能通過串、并聯(lián)功率器件的方式，但是這樣的拓?fù)湫问綍砥骷鶋壕鲉栴}，影響系統(tǒng)可靠性。 多相電機(jī)變頻供電與多電平調(diào)速系統(tǒng)是實現(xiàn)大功率的并行方案，伴隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谙到y(tǒng)穩(wěn)定性要求的提升，特別是在船舶推進(jìn)、航空航天等低壓大電流應(yīng)用場合，多相電機(jī)變頻調(diào)速開始逐漸取代多電平系統(tǒng)成為行業(yè)關(guān)注的焦點。一、選題背景及研究意義一、選題背景及研究意義1 1、選題背景、選題背景2 2、研究意義、研究意義u 可采用低壓器件實現(xiàn)大功率。u 系統(tǒng)運行具有高可靠性。u 更加豐富的控制方式與資源。u 提高系統(tǒng)動靜態(tài)性能。多相變頻調(diào)速系統(tǒng)多相變頻調(diào)速系統(tǒng)無速度傳感器無速度傳感器u 降低生產(chǎn)成本u 能夠

3、精準(zhǔn)估計轉(zhuǎn)速u 能夠在艱苦環(huán)境下運行矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)u 可以通過不同的解耦策略達(dá)到控制目的u 系統(tǒng)響應(yīng)速度快1 1、無速度傳感器研究動態(tài)、無速度傳感器研究動態(tài)l A.Abbondanti等提出了基于轉(zhuǎn)差頻率的轉(zhuǎn)速辨識方法，利用電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程來辨識轉(zhuǎn)速，但精度不高。l M.Ishida等學(xué)者提出了利用轉(zhuǎn)子齒諧波檢測轉(zhuǎn)速的方法。l Colin Schauder提出了基于模型參考自適應(yīng)法的轉(zhuǎn)速辨識方法，利用波波夫超穩(wěn)定性理論設(shè)計自適應(yīng)率估計轉(zhuǎn)速；l P.Muraca等人提出了利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器估計轉(zhuǎn)速和磁鏈的方法，能抑制噪聲干擾，提高估計轉(zhuǎn)速精度，但其計算量太大，容易受電機(jī)參數(shù)影響，引起系

4、統(tǒng)不穩(wěn)定。二、課題研究動態(tài)二、課題研究動態(tài)l M.GodoySiinoes等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以逼近任意曲線的優(yōu)點，利用檢測到的定子電壓、電流信號，設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)計算轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速，得出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的速度估計策略。l 如今，人們通過更加深入的研究分析得到許多改進(jìn)的轉(zhuǎn)速辨識方法，使得轉(zhuǎn)速估算更為精準(zhǔn)。2 2、矢量控制解耦策略研究動態(tài)、矢量控制解耦策略研究動態(tài) 經(jīng)過廣大學(xué)者和科研人員的研究，常用的解耦方法有前饋控制解耦法，電流滯環(huán)法，滑膜動態(tài)解耦法，逆系統(tǒng)解耦法，智能控制解耦法以及內(nèi)膜技術(shù)解耦法等。 前饋控制解耦法：前饋控制解耦法：前饋解耦控制方法原理簡單、易于實現(xiàn)，但是去耦電壓的計算受到電

5、動機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子等電路參數(shù)的影響。 內(nèi)模技術(shù)解耦法：內(nèi)模技術(shù)解耦法：內(nèi)?？刂?IMC)的 本質(zhì)是一種零極點對消的補(bǔ)償控制，將對象內(nèi)部模型的不確定因素分離出來，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，精度高，應(yīng)用廣泛。三、課題研究的主要內(nèi)容三、課題研究的主要內(nèi)容1、根據(jù)六相電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)和已知參數(shù)，推導(dǎo)出雙三相感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并搭建雙三相感應(yīng)電機(jī)在基本平面的電機(jī)模型，驗證模型的正確性。2、對傳統(tǒng)的SVPWM算法與基于空間矢量解耦變換的SVPWM算法進(jìn)行分析研究，通過搭建相應(yīng)的仿真模型對兩種算法進(jìn)行對比，驗證基于空間矢量解耦變換的SVPWM算法的正確性。3、對多種不同的雙三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制策略進(jìn)行分析研究，將

6、多種不同的矢量控制策略進(jìn)行對比。4、根據(jù)雙三相感應(yīng)電機(jī)的特點，對基于改進(jìn)型MRAS（變參數(shù)法）的雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器控制系統(tǒng)進(jìn)行理論推導(dǎo)，搭建出雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真模型，并重點針對基于反饋補(bǔ)償解耦的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)和基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频臒o速度傳感器矢量控制系統(tǒng)兩種控制算法進(jìn)行比較，突出內(nèi)?？刂频膬?yōu)越性。電機(jī)參數(shù)電機(jī)參數(shù)數(shù)值數(shù)值電機(jī)參數(shù)電機(jī)參數(shù)數(shù)值數(shù)值定子電阻(Rs)2.125定子自感(Ls)0.444mH轉(zhuǎn)子電阻(Rr)1.62轉(zhuǎn)子自感(Lr)0.446mH極對數(shù)(p)3定轉(zhuǎn)子互感(M)0.434mH根據(jù)-平面的電壓、磁鏈、轉(zhuǎn)矩、運動方程及拉普拉斯變換，再經(jīng)

7、6/2變換，可以得到雙三相感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，仿真模型參數(shù)設(shè)置如表4-1所示：表4-1 雙三相感應(yīng)電機(jī)參數(shù) 仿真條件設(shè)置為：輸入180V正弦相電壓激勵并空載啟動，在0.5s時刻突加負(fù)載10Nm，得仿真波形如下列波形所示。1 1、雙三相感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型雙三相感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的驗證的驗證四、課題進(jìn)行的工作四、課題進(jìn)行的工作圖4-1 雙三相感應(yīng)電機(jī)定子相電流波形 圖4-1(a)為電機(jī)定子a1相電流，圖4-1(b)為a1相及a2相定子電流波形。圖4-2(a)為電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形，圖4-2(b)為電機(jī)轉(zhuǎn)速波形。圖4-2 雙三相感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形 由仿真波形可知空載起動時，兩套繞組定子電流穩(wěn)定較快且幅值基本

8、一致；穩(wěn)態(tài)運行時，電磁轉(zhuǎn)矩為零；突加負(fù)載時，轉(zhuǎn)速能較快恢復(fù)到平衡狀態(tài)。圖4-3 雙三相感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈及基波空間電流波形 通過上述仿真波形可知，電機(jī)定子磁鏈為圓形，定子電流為正弦且較快穩(wěn)定，相鄰兩相電流互差30，轉(zhuǎn)速上升平滑且波動較小。此系列波形特性驗證了在諧波基下搭建雙三相感應(yīng)電機(jī)模型的正確性。圖4-3（a）為定子磁鏈波形，圖4-3（b）為基波空間電流波形。 該算法針對多種調(diào)制算法中基本矢量作用時間計算復(fù)雜及扇區(qū)判斷不準(zhǔn)確等問題，提出在每個控制周期內(nèi)，通過電機(jī)給定參考電壓的簡單加減運算確定基本電壓矢量作用時間的方法，簡化扇區(qū)的判斷方式，從而實現(xiàn)了電流諧波抑制，降低了開關(guān)損耗。2 2、基于空間

9、矢量解耦變換的、基于空間矢量解耦變換的SVPWMSVPWM算法算法圖4-4 傳統(tǒng)算法下電機(jī)定子電流及諧波空間電流圖4-5 基于空間矢量解耦變換的SVPWM算法下電機(jī)定子電流及諧波空間電流該算法下電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩波形為：圖4-6 雙三相感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波形 比較圖4-4和圖4-5可以看出，使用該算法后，空載時電流較小，在突加負(fù)載時刻電流隨轉(zhuǎn)矩增大，振蕩較小且迅速穩(wěn)定至另一較大幅值，電流正弦度較好，諧波電流得到了較好的抑制，從而提高了電機(jī)定子相電流的質(zhì)量。3 3、雙三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的概述、雙三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的概述 由電機(jī)的統(tǒng)一理論可知，三相電機(jī)是多相電機(jī)的特例，它們擁有相同的理論基

10、礎(chǔ)，因此可以采用三相電機(jī)系統(tǒng)的矢量控制理論實現(xiàn)多相電機(jī)的矢量控制。（1 1）基于電流滯環(huán)的矢量控制基于電流滯環(huán)的矢量控制 電機(jī)缺相運行時，采用電流滯環(huán)PWM方法控制逆變器可使電機(jī)定子電流諧波得到有效控制，該方法控制簡單且容易實現(xiàn)，但開關(guān)頻率不固定，很難獲得性能較高的調(diào)速系統(tǒng)。（2 2）基于雙基于雙d-qd-q電流同步的矢量控制電流同步的矢量控制 為了解決雙三相電機(jī)兩個三相繞組的參數(shù)不同導(dǎo)致6相電流的不平衡問題，有人提出了六相電機(jī)雙d-q同步電流控制方案，該方法用4個PI調(diào)節(jié)器對雙三相電機(jī)兩套定子繞組的d-q軸電流進(jìn)行分別控制，并采用磁場定向控制的常用方法計算參考電壓矢量，雖然在運行中能保持兩組

11、電流平衡，但是增加了電流調(diào)節(jié)器的復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)運行速度。圖4-7 基于雙d-q電流同步的矢量控制 （3 3）基于空間矢量解耦的矢量控制基于空間矢量解耦的矢量控制 該方法的基本思想是在d-q平面上完成磁鏈-轉(zhuǎn)矩的控制，同時使諧波平面上的電壓矢量在一個采樣周期中的平均值為零。采用矢量解耦的多相電機(jī)矢量控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度快、電流諧波小，但相數(shù)的增加同時會加大實現(xiàn)的難度。圖4-8 空間矢量解耦的雙三相電機(jī)矢量控制（4 4）基于電流環(huán)內(nèi)模控制的矢量控制基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频氖噶靠刂茍D4-9 電流環(huán)內(nèi)模控制的雙三相電機(jī)矢量控制 內(nèi)模控制建模精度要求較低，系統(tǒng)具有良好的給定跟蹤性能，魯棒性強(qiáng)，抗干擾能

12、力好，且其控制器結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、方便于現(xiàn)場參數(shù)的調(diào)整。采用內(nèi)?？刂齐p三相感應(yīng)電機(jī)定子電流后，其電流環(huán)的傳函為： IMCIMC11Y sF s G sCs G sR sF s G sCsG sG s在上式中 ； 。1(s)=G ( )L(s)IMCCs 1L sI(1) 當(dāng)模型估計與實際無偏差時， *d*q0101iY sR s L si可得定子電流完全實現(xiàn)了解耦，只成一定的比例關(guān)系。 (2)當(dāng)估計有偏差時，根據(jù)內(nèi)?？刂频奶攸c，內(nèi)模解耦也可以得到較理想的解耦效果。當(dāng) 取較大時，可以迅速達(dá)到穩(wěn)定值，耦合電壓偏差基本為 0，估計參數(shù) 對解耦效果影響不大。sL可以推導(dǎo)出電流環(huán)IMC公式為：ssss

13、ddqssssqdqL sRLuiissL sRLuiiss 內(nèi)模解耦實際是一種偏差解耦，它克服了反饋解耦只能在電機(jī)耦合產(chǎn)生后才進(jìn)行解耦的缺點，定子電流延遲對解耦效果影響減小。前饋解耦策略在沒有考慮電動機(jī)實際耦合情況下進(jìn)行了解耦，而內(nèi)模解耦克服了這一缺陷，實時性較強(qiáng)。圖4-10 內(nèi)模解耦模型圖圖4-11 兩種控制方案下定子電流波形圖4-12 兩種控制方案下電流頻譜分析圖4 4、無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速辨識算法、無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速辨識算法 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的速度觀測是整個系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，速度觀測值的正確與否將直接影響到整個調(diào)速系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)今對感應(yīng)電機(jī)的速度

14、辨識方法主要有直接計算法、全階自適應(yīng)觀測器(Luenberher)法、模型參考自適應(yīng)法(MARS)、擴(kuò)展卡爾曼濾波器法(EKF) 、滑模觀測器法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)等。模型參考自適應(yīng)控制模型參考自適應(yīng)控制（MRAS）圖4-13 MRAS的工作原理框圖圖4-14 轉(zhuǎn)速自適應(yīng)辨識系統(tǒng)框圖改進(jìn)型改進(jìn)型MRAS方法（變參數(shù)法）方法（變參數(shù)法） MRAS速度辨識模型在低速時，速度估計誤差較大，這時Kp，Ki應(yīng)取較大值,加快收斂速度，以減小偏差和收斂時間。轉(zhuǎn)速升高時，速度誤差較小，這時Kp，Ki應(yīng)取較小值以便消除靜差，減小超調(diào)量和穩(wěn)定時間。PI控制器中的Kp，Ki參數(shù)隨估計速度而變化。 在實際中，原始

15、的電壓模型很難實現(xiàn)，因為它采用了純積分器，必然會引起誤差積累和直流漂移問題。為了避免這一問題，采用利用低通濾波環(huán)節(jié)替代純積分環(huán)節(jié)的方法，得到的改進(jìn)的電壓模型，同樣地可以通過增加一個高通濾波環(huán)節(jié)來改進(jìn)電流模型。prpprr50/=(50/)50/Krad sKKrad siriirr120/=5 (120)120/Krad sKKrad s 5 5、雙三相感應(yīng)電機(jī)雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)(1)(1)基于基于反饋補(bǔ)償解耦反饋補(bǔ)償解耦的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)圖4-15 基于反饋補(bǔ)償解耦的雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)(2)(2

16、)基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频臒o速度傳感器矢量控制系統(tǒng)基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频臒o速度傳感器矢量控制系統(tǒng)圖4-16 基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频碾p三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真分析仿真分析 對基于反饋補(bǔ)償解耦的雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)和基于電流環(huán)內(nèi)?？刂频碾p三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)兩種控制算法進(jìn)行仿真結(jié)果對比可以得到：圖4-17 反饋補(bǔ)償解耦控制的無速度傳感器速度比較圖圖4-18 電流環(huán)IMC控制的無速度傳感器速度比較圖圖4-19 反饋補(bǔ)償解耦電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速圖圖4-20 電流環(huán)IMC控制電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速圖 可以看出使用IMC控制能夠減小波動，波形更為平穩(wěn)。IMC控制方案較之于反

17、饋補(bǔ)償解耦控制方案來說，在性能上更加優(yōu)化，能夠更好、更加精確地達(dá)到控制目的。五、工作進(jìn)展與課題研究計劃五、工作進(jìn)展與課題研究計劃1 1、已完成的工作、已完成的工作理論推導(dǎo)部分理論推導(dǎo)部分u 根據(jù)六相電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)和已知參數(shù)推導(dǎo)出雙三相感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。u 根據(jù)基于空間矢量解耦變換理論將六維空間矢量轉(zhuǎn)化為三個兩維空間矢量，依據(jù)六維矢量變換矩陣可以將相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型映射到三個二維子空間中。u 利用伏秒平衡原理在不同調(diào)制算法中計算基本電壓矢量的作用時間，在不同區(qū)域內(nèi)計算不同的調(diào)整時間。u 在矢量控制方案中，PI調(diào)節(jié)器按照系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行參數(shù)校正。在內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)中，推導(dǎo)出了相應(yīng)的傳遞函數(shù)，提高了系統(tǒng)

18、的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。u 采用基于改進(jìn)型MRAS控制策略的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)對雙三相感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了閉環(huán)控制，達(dá)到了預(yù)期的速度估計效果，并將基于反饋補(bǔ)償解耦的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)和基于電流環(huán)內(nèi)模控制的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)兩種控制算法進(jìn)行了比較，突出了內(nèi)?？刂频膬?yōu)越性。u 搭建多種電機(jī)空間矢量脈寬調(diào)制策略，包括：傳統(tǒng)SVPWM、基于解耦變換SVPWM、基于參考電壓的SVPWM。驗證算法的正確性。u 分別搭建了基于電流滯環(huán)、解耦變換、內(nèi)?？刂频氖噶靠刂葡到y(tǒng)，通過仿真結(jié)果驗證了算法的正確性。u 分別搭建了基于反饋補(bǔ)償解耦的雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)、基于電流環(huán)內(nèi)模控制的雙三相感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并做了比較，驗證了算法的正確性。搭建仿真部分搭建仿真部分u 基于空間矢量解耦變換理論，搭建雙三相感應(yīng)電機(jī)在基本平面的電機(jī)模型。 實驗所用的雙三相感應(yīng)電機(jī)采用與山西防爆電機(jī)（集團(tuán)）有限公司合作生產(chǎn)的YS132-6-3型鼠籠電機(jī)。其繞組由單層繞組變?yōu)閮蓚€完全相同的雙層繞組，改變前后線圈截面積不變。同時，兩套繞組完全獨立，在槽內(nèi)上下分布，兩套繞組空間位置上互差30電角度。實驗驗證部分實驗驗證部分圖4-18 實驗電機(jī)圖 IGBT選擇英飛凌公司的DSM50G120DLC模塊，由于電機(jī)定子電流峰值為10A，考慮2倍安全裕度，IGBT電壓承受