基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制研究

1、 :乏三:,。:,毒簟亍薹;三冬二:專,:磐謄 二,;,獨創(chuàng)性聲,、明一;,.,多;除特別加以標(biāo)注的地方外,論文中不包含其他人的研究成果。與我同工作的同志對本?島一,、 .;,一÷. , ,、,一,÷?簟文的研究工作和成果的任何奉獻均己在論文中作了明確的說明并已致謝.。 二卜;。?.:乞。:÷本論文及其相關(guān)資料假設(shè)有不實之處,由本人承當(dāng)切相關(guān)責(zé)任。.。: :。.“:,:匍,鬈簿÷,本論文及其相關(guān)資料擊奢禾實之處,由本人承當(dāng),切相關(guān)責(zé)任。:二:;、:;勿?一 、÷,二,:一一磚:÷、:、,扎,幻,。,.?一,。.。;辭.一、.蒺豢?簿每

2、一鞋謄薹婁滲蟄磐。二:。鴛 ,二夥棼:.?二一 ., 、 :,; ;:,一 磚一:、. :,:;。幸 一;,;,.另:,:?,;,:心。燕豁糕誓?洚雷七蘿;警耬簪霸“.:÷ ; . : ;,五黟警警留尹.一 一 摘要論文題目:基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速傳感器矢量控制研究學(xué)科:電力電子與電力傳動作者:李立冬 簽名:教授導(dǎo)師:鐘彥儒 簽名:參尹忠剛 講師 簽名:摘 要對于變頻調(diào)速系統(tǒng)來說,速度傳感器會增加本錢并帶來維護的不便,所以無速度傳感器矢量控制技術(shù)在越來越多應(yīng)用場合受到了青睞。隨著各類高新科學(xué)技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)場合,對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的性能有了更高的要求。不僅要

3、求系統(tǒng)在中高速范圍能夠到達(dá)令人滿意的性能,而且要求系統(tǒng)在低速甚至零速附近到達(dá)滿足應(yīng)用場合的性能指標(biāo)。各大生產(chǎn)廠商的高性能變頻調(diào)速器也在不斷推出,性能指標(biāo)不斷提升。本文針對提高無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的性能,對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略進行了深入研究。本文首先介紹了感應(yīng)電機的型等效電路和數(shù)學(xué)模型,特別對感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型兩相坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程進行了分析;詳細(xì)闡述了電壓模型、電流模型、轉(zhuǎn)矩電流誤差控制、自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略的原理,評估了各個方案的優(yōu)缺點;對基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略進行了深入研究,以工程應(yīng)用為目的,對傳統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)觀測器方案進行了簡化;分別應(yīng)用穩(wěn)定性理論和超穩(wěn)

4、定理論對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器進行了穩(wěn)定性分析和設(shè)計,建立了轉(zhuǎn)速估計的自適應(yīng)律,得出了使系統(tǒng)穩(wěn)定的增益矩陣,為實驗研究提供了理論依據(jù);運用/對基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了仿真研究和分析;根據(jù)搭建的以為控制芯片的硬件實驗平臺,對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略進行了穩(wěn)定性驗證,全速范圍的通用性驗證,并在低速情況下,對以上提到的五種轉(zhuǎn)速估計謀略進行了低速性能的比照驗證。仿真和實驗結(jié)果說明,本文所設(shè)計的基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性,全速范圍轉(zhuǎn)速估計的通用性,并且低速性能優(yōu)于其他四種方案。關(guān)鍵詞:自適應(yīng)狀態(tài)觀測器;感應(yīng)電機:無速度傳感器

5、矢量控制:低速性能: 怕:絲魚蘭:.:一 .,.,.曲 .,. . . . ./. .忙、析. .鄧. : ,.目錄目 錄緒論.?.變頻調(diào)速的開展?.無速度傳感器矢量控制技術(shù)轉(zhuǎn)速估計方法研究?.感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制技術(shù)產(chǎn)品現(xiàn)狀?.本文的科研資助和研究內(nèi)容與安排?.本文的科研資助。.本文的內(nèi)容與安排感應(yīng)電機矢量控制技術(shù).感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型及分析?.感應(yīng)電機型等效電路.兩相坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型?.兩相坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機狀態(tài)方程?.感應(yīng)電機狀態(tài)方程的分析?.:.轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制根本原理?。.矢量控制原理?.基于轉(zhuǎn)子磁場定向的三相感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型.無速傳感器矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu). .電壓

6、模型轉(zhuǎn)速估計方案.電流模型轉(zhuǎn)速估計方案.基于轉(zhuǎn)矩電流閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速估計方案.?.模型參考自適應(yīng)轉(zhuǎn)速估計方案.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方案.本章小結(jié)。自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計謀略研究?.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計的結(jié)構(gòu)和原理?.狀態(tài)觀測器設(shè)計.基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真.本章小結(jié)?。自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析?。.基于穩(wěn)定性理論的穩(wěn)定性分析?.基于超穩(wěn)定性理論的穩(wěn)定性分析?.。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.本章小結(jié).自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計的實驗研究?.實驗平臺介紹.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計穩(wěn)定性實驗結(jié)果及分析?.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計的實驗結(jié)果及分析?

7、。.五種轉(zhuǎn)速估計方案的低速性能實驗研究?.電壓模型轉(zhuǎn)速估計方案低速性能實驗及分析.電流模型轉(zhuǎn)速估計方案低速性能實驗及分析.基于轉(zhuǎn)矩電流閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速估計方案的低速性能實驗及分析.模型參考自適應(yīng)轉(zhuǎn)速估計方案低速性能實驗及分析.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方案低速性能實驗及分析.轉(zhuǎn)速估計方案低速性能指標(biāo)的比照分析?一.本章小結(jié)?。結(jié)論。.全文總結(jié)?一.下一步工作展望謝.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.;:;參考文獻.碩士學(xué)習(xí)期間發(fā)表論文及參與科研工程?.主要符號表主要符號表三相輸出定子電流.。定子電流軸分量、軸分量,定子電流軸分量、軸分量 定子電流轉(zhuǎn)矩分量,定子電壓軸分量、盧軸分

8、量少。, 轉(zhuǎn)子磁鏈【軸分量、軸分量啪轉(zhuǎn)子磁鏈軸分量、軸分量%,定子、轉(zhuǎn)子電感,互感厶,厶,定子、轉(zhuǎn)子漏感,厶定子、轉(zhuǎn)子電阻,鐵損等效電阻足,墨,。力電機轉(zhuǎn)速微分算子,轉(zhuǎn)差率,機組轉(zhuǎn)動慣量?,電機極對數(shù),碼電磁轉(zhuǎn)矩,負(fù)載轉(zhuǎn)矩瓦,瓦蛾 定子電源角頻率同步角頻率/電機機械角頻率,電機轉(zhuǎn)子角頻率/,轉(zhuǎn)差頻率/西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論緒論.變頻調(diào)速的開展交流調(diào)速系統(tǒng)誕生于世紀(jì),但是在誕生后的很長一段時間里,它的性能都無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到世紀(jì)六七十年代,高性能的調(diào)速傳動系統(tǒng)還都是采用直流電動機,而交流電動機應(yīng)用于不需要調(diào)速的傳動系統(tǒng)。隨著世紀(jì)中葉電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和開展,加上直流調(diào)速本身

9、存在換向器所帶來的檢修、環(huán)境受限以及限制容量和速度等問題,.特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制的出現(xiàn),交流調(diào)速開始取代直流調(diào)速成為當(dāng)前高性能電氣傳動控制的主流。電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的根底。美國貝爾實驗室分別于年和年創(chuàng)造了晶體管和晶閘管,由美國通用電氣于年生產(chǎn)出第一支產(chǎn)品,并在次年對其進行了商品化。由此引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命,同時開辟了現(xiàn)代交流電力傳動開展的嶄新時代。上世紀(jì)年代以后,電力晶體管、門極關(guān)斷晶閘管、功率場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管、門控晶閘管、集成式門極換流晶閘管等各種全控型器件先后問世。電力電子器件朝著大功率、低功耗、小型化、高頻化、模塊化、智能化的方向不斷地向前

10、開展,并且不斷涌現(xiàn)出各種應(yīng)用于不同功率等級的產(chǎn)品。上世紀(jì)年代以后,為了簡化散熱器設(shè)計、提高電路和系統(tǒng)的功率密度,各個器件生產(chǎn)廠商分別將模塊技術(shù)應(yīng)用到了這一領(lǐng)域,各種功率集成電路和智能功率模塊應(yīng)運而生。隨著集成技術(shù)的進步,功率模塊逐漸將主電路功率器件、驅(qū)動電路、各種接口電路以及保護電路包括過載、短路、欠壓、過熱等保護,甚至控制電路集成于一體,這也是功率模塊開展的方向。現(xiàn)如今,國內(nèi)的電力電子器件絕大多數(shù)還依賴著進口,、三菱、西門康等國外公司在國內(nèi)占有著大量市場份額。最初的變頻調(diào)速采用開環(huán)的變壓變頻刪控制方式,首先成功應(yīng)用于控制風(fēng)機泵類負(fù)載,取得了顯著的節(jié)能效果并得到了廣泛的認(rèn)同。至今,此種控制方案

11、由于控制簡單、穩(wěn)定性好的優(yōu)點,仍在很多對動態(tài)和帶載性能要求不高的場合下應(yīng)用。矢量控制理論最早出現(xiàn)在由工科大學(xué)博士于年發(fā)表的一篇論文上。隨后在年,西門子公司的將其形成系統(tǒng)理論,以磁場定向控制的名稱申請了專利。矢量控制系統(tǒng)以轉(zhuǎn)子磁場定向為根底,將定子電流解耦為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量分開控制。從年代初開始,微處理器的出現(xiàn)使得各種優(yōu)化的算法得以實現(xiàn)。隨著微處理器處理能力的不斷提高,相關(guān)的變頻器產(chǎn)品也先后在歐美、日本等興旺國家上市。直接轉(zhuǎn)矩控割最早于年由德國學(xué)者.教授提出,之后日本學(xué)者.也提出了類似的方案,取得了相當(dāng)好的效果。直接轉(zhuǎn)矩控制直接控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩,采取不用解耦的.控制,避開了坐標(biāo)變換,簡化了控

12、制結(jié)構(gòu)。近年來,傳統(tǒng)的控制方案不斷與先進的控制理論相結(jié)合,用以解決諸如提高系統(tǒng)魯。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文棒性,提高動態(tài)性能,提上下速帶載能力,減小電機參數(shù)變化、負(fù)載變化以及電機非線性因素對系統(tǒng)控制的影響等實際工況要求,來不斷提高傳動系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。隨著微處理器處理能力的不斷進步,這些電氣工程與控制工程的交叉領(lǐng)域?qū)⑹墙涣髡{(diào)速未來的開展方向。.無速度傳感器矢量控制技術(shù)轉(zhuǎn)速估計方法研究當(dāng)今世界,在矢量控制技術(shù)的研究與產(chǎn)品開發(fā)上,德國和日本處于領(lǐng)先地位。高性能的調(diào)速系統(tǒng)都需要速度反應(yīng)來進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),然而高精度高分辨率的碼盤相當(dāng)昂貴,并且性能會受到環(huán)境溫度和濕度以及安裝同心度的影響。無速度傳感器矢量

13、控制技術(shù)由于降低了本錢和維護費用,受到了越來越多應(yīng)用場合的青睞。無速度傳感器矢量控制技術(shù)的開展在過去的二十多年中取得了長足的進步,成為專家學(xué)者們研究的一個熱點。近年來,國內(nèi)外學(xué)者在無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的速度估計和磁鏈觀測上進行了大量的理論研究和實踐工作。主要有以下一些方法:.直接計算法通過同步速減去轉(zhuǎn)差直接得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,所以稱為直接計算法。其中,同步速由轉(zhuǎn)子磁鏈角微分獲得。此種方法由于電機數(shù)學(xué)模型、磁鏈觀測方法以及轉(zhuǎn)差計算方法的不同,具體的方法有所區(qū)別。直接計算法屬于開環(huán)的轉(zhuǎn)速估計方法,結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn),但是存在低速磁鏈觀測難度大,抗擾能力差,性能受負(fù)載和電機參數(shù)變化影響等缺點。早期的變

14、頻器大多采用這種無速度傳感器的矢量控制的轉(zhuǎn)速估計方法。文獻在電壓模型中應(yīng)用低通濾波代替純積分環(huán)節(jié),雖然消除了積分環(huán)節(jié)帶來的直流偏置現(xiàn)象,但是觀測磁鏈相位會有一定程度的滯后,并且不能很好解決低頻時定子電阻壓降帶來的影響。文獻【】中概括了一種采用反電動勢的轉(zhuǎn)速估計方法,低速時較小的反電動勢會帶來較大的轉(zhuǎn)速估計誤差。由于直接計算法是基于電機的數(shù)學(xué)模型,所以從被忽略的例如磁飽和效應(yīng)、集膚效應(yīng)等非線性因素入手,優(yōu)化電機數(shù)學(xué)模型的策略不斷被提出。文獻提供了一種考慮主磁路飽和與鐵損的感應(yīng)電機模型,此種模型更貼近真實的物理模型,對電機的轉(zhuǎn)矩控制優(yōu)化以及節(jié)能有著指導(dǎo)性意義。雖然這些方法增強了系統(tǒng)的魯棒性,改善了

15、低速性能,但是都會不同程度的受到負(fù)載和工作范圍的影響,并且對采樣的精度要求較高。.高頻信號注入法高頻信號注入法通過向電機的定子側(cè)注入高頻電壓信號,根據(jù)凸極跟蹤的思想,檢測不對稱的凸極位置來獲得轉(zhuǎn)速信息。文獻【】向定子側(cè)注入一個平衡的電壓信號,檢測凸極位置獲得轉(zhuǎn)速,可獲得較好的低速性能,但是對電機的凸極性有要求。文獻【】在磁鏈觀測中參加高頻脈動信號,利用電機軸阻抗差異估算轉(zhuǎn)速,這樣會增大輸出轉(zhuǎn)矩波動,給轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計帶來困難。文獻【】總結(jié)了旋轉(zhuǎn)高頻注入法和脈動高頻注入法兩種高頻信號的注入的方法,第章緒論并對這兩種方法做了比照分析。脈動高頻信號注入法結(jié)構(gòu)簡單,精度高,并且跟蹤的動靜態(tài)性能好,但是高

16、頻的脈動信號會對輸出產(chǎn)生影響,會給采集的反應(yīng)信號帶來更大的波動,增加了電機損耗,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定;旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,但是更易于實現(xiàn),動態(tài)情況下的估算誤差對系統(tǒng)影響較大,并且對電機本身的要求比擬高,需要電機具有一定的凸極程度。從當(dāng)今研究的趨勢來看,高頻信號注入法多用于永磁同步電機的位置和轉(zhuǎn)速辨識方面,在感應(yīng)電機方面的研究越來越少。.模型參考自適應(yīng)是一種閉環(huán)的轉(zhuǎn)速估計方法,通過參考模型和可調(diào)模型輸出的誤差構(gòu)建自適應(yīng)律,結(jié)果用于可調(diào)模型的實時估計。通常情況下,參考模型采用沒有轉(zhuǎn)速信息電壓模型,可調(diào)模型采用含有轉(zhuǎn)速信息的電流模型,自適應(yīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果用于轉(zhuǎn)速反應(yīng)閉環(huán)。同時,轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)律是基

17、于穩(wěn)定性分析設(shè)計的,可以保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)速估計輸出的漸近穩(wěn)定。文獻【,】在轉(zhuǎn)速估計方法中應(yīng)用了反電勢的方法,但是在低速情況下反電勢的值會很小,并且受定子電阻變化的影響較大,會造成低速情況下轉(zhuǎn)速估計的不收斂,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。為了消除定子電阻變化對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,文獻【提出了一種交互式的方案,同時實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和定子電阻的在線辨識,增強了系統(tǒng)的魯棒性,但是沒有針對電壓模型中純積分作用所帶來的問題進行研究。文獻【.為了徹底消除參考模型中的定子電阻,采用了無功功率作為輸出的比擬量,消除了定子電阻變化的系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,增強了系統(tǒng)的魯棒性。.滑模觀測器滑模觀測器方法是源于滑模變結(jié)構(gòu)控制的一種方法,具有響應(yīng)快

18、,對系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)和外部干擾呈不變性的特點,可以保證系統(tǒng)漸進穩(wěn)定,且滑模變結(jié)構(gòu)算法簡單,易于工程實現(xiàn)。但是,滑模變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上是不連續(xù)的開關(guān)控制,會引起系統(tǒng)抖動,對于電機矢量控制在低速時將會引起較大的轉(zhuǎn)矩脈動。所以,各種各樣的抗抖振的方法被相繼提出。文獻【】針對永磁同步電機,將反電勢估算值反應(yīng)引入到定子電流觀測計算,得到一種新的滑模觀測器來觀測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位置,以自適應(yīng)的方式來校正反應(yīng)增益和實現(xiàn)轉(zhuǎn)子角度的誤差補償,得到了較好的低速效果。文獻【】設(shè)計了一種應(yīng)用在無速度傳感器感應(yīng)電機控制中的滑模電流觀測器,可以獨立的辨識出轉(zhuǎn)速和定子電阻信息。并且,該文獻還應(yīng)用超穩(wěn)定理論對所設(shè)計觀測器的進行了穩(wěn)定性分析

19、,研究了極低速下定子電阻的在線修正,得到了理想的效果。.自適應(yīng)狀態(tài)觀測器自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方法是基于的思想,將電機本身作為參考模型,基于電機數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)觀測器作為可調(diào)模型。利用兩個模型輸出變量的差值和狀態(tài)觀測器的估計變量一起構(gòu)建自適應(yīng)律,并實時地對可調(diào)模型中的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),使構(gòu)建的狀態(tài)觀測器輸出快速地跟蹤感應(yīng)電機本身,實現(xiàn)自適應(yīng)的轉(zhuǎn)速估計。自適應(yīng)狀態(tài)觀測器西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文的自適應(yīng)律也是基于穩(wěn)定性的設(shè)計方法,保證估計的結(jié)果漸近收斂。目前,對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的研究主要集中在增益矩陣的選取以及穩(wěn)定性分析等方面,使自適應(yīng)狀態(tài)觀測器到達(dá)良好的轉(zhuǎn)速估計效果,以適用于各種不同工況下的應(yīng)用。文

20、獻【】給出了自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的根底理論,并且根據(jù)穩(wěn)定性理論進行了轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律的推導(dǎo),對轉(zhuǎn)速和定子電阻同時進行在線辨識,但是沒有對增益矩陣的選取以及可能帶來的低速不穩(wěn)定問題進行深入研究。文獻】研究了一種簡化的自適應(yīng)狀態(tài)觀測器增益矩陣選取,引入提高系統(tǒng)動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩觀測器,減小計算量和估計轉(zhuǎn)速誤差,同時提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,但是沒有從穩(wěn)定性方面判定應(yīng)用該增益矩陣的系統(tǒng)是否能在全范圍均是穩(wěn)定的。文獻】應(yīng)用穩(wěn)定性理論推到了轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)律,并利用的工具箱求解了得到了增益矩陣,確保了自適應(yīng)狀態(tài)觀測器在全范圍的穩(wěn)定工作。文獻【】在傳統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)觀測器根底上,通過分析對增益矩陣進行了選取,并且參加擾動轉(zhuǎn)矩前饋補

21、償以提高轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性和抗擾能力,提高了系統(tǒng)的魯棒性。.擴展卡爾曼濾波擴展卡爾曼濾波是一種由最小方差意義上的最優(yōu)預(yù)測估計開展起來的現(xiàn)代濾波方法,已經(jīng)被成功地應(yīng)用于無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速估計。它以一種迭代的非線性估計算法,通過調(diào)節(jié)誤差協(xié)方差陣來調(diào)節(jié)狀態(tài)估計的收斂速度。并且此種模型是建立在系統(tǒng)的隨機過程模型上的,具有較強的抗噪能力,有利于克服感應(yīng)電機模型的不確定性和非線性問題。文獻,中,被用于在感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控匍中轉(zhuǎn)速和磁鏈的估算,實驗結(jié)果說明具有較好的估算性能與實用價值。文獻】中,基于的參數(shù)估計器被用于轉(zhuǎn)子電感和互感的估算,結(jié)果說明,文中提出的估計方法可以與其它多種感應(yīng)電機控制方法結(jié)合起

22、來,可以獲得較好的控制效果。由于傳統(tǒng)需要大量的五階矩陣運算,計算量很大,所以大多數(shù)研究僅限于仿真階段。為了將卡爾曼濾波應(yīng)用于實際系統(tǒng),文章,中研究了一種僅估算磁鏈與轉(zhuǎn)速的階算法,不僅獲得了與傳統(tǒng)相同的估算性能,而且大大減少了計算量。.智能控制方案近些年來,智能控制得到了快速的開展,智能控制主要包括神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)和學(xué)習(xí)控制等,主要針對一些不確定、非線性以及任務(wù)復(fù)雜的控制對象。目前,智能控制的主要方案還是依賴于和其他各種控制策略相結(jié)合,以到達(dá)特定工況下更好的控制效果。文獻】中,將模糊控制和滑膜控制兩種方案取代傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)用在了的轉(zhuǎn)速估計的自適應(yīng)控制機構(gòu),并對這兩種方案以及調(diào)節(jié)

23、器方案在低速情況下的開環(huán)和閉環(huán)響應(yīng)進行了比照。在線調(diào)整參數(shù)的調(diào)節(jié)器和模糊控制方案獲得了相似的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)效果,由于滑膜控制需要采用低通濾波器,模糊控制有著更快的動態(tài)響應(yīng)性能。文獻第章緒論【】在基于的矢量控制系統(tǒng)的速度環(huán)中應(yīng)用了所設(shè)計的在線自學(xué)習(xí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,比照原有的調(diào)節(jié)器控制方案,獲得了更加良好的控制效果。各種智能控制策略在矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的中應(yīng)用還處于一種早期的起步階段,很多的方法還在不斷的探索和仿真研究中,在實用化方面還會遇到硬件限制等一些其他問題。智能控制系統(tǒng)到達(dá)更好的控制效果需要進行更多的大量計算,但是隨著以及各種微處理器芯片的開展,相信在不遠(yuǎn)的將來,智能控制技術(shù)將對交流變頻調(diào)

24、速領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。以上對現(xiàn)有的一些無速度傳感器矢量控制轉(zhuǎn)速估計方案進行了歸納總結(jié)。雖然無速度傳感器矢量控制技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化并得到了廣泛應(yīng)用,但是其性能和有速度傳感器矢量控制相比還有較大差距,很多應(yīng)用工況特別是低速情況下的性能都有待于進一步研究。.感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制技術(shù)產(chǎn)品現(xiàn)狀從上世紀(jì)年代末開始,無速度傳感器矢量控制技術(shù)的開展取得了令人矚目的成果,并廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有的各種交流傳動變頻調(diào)速系統(tǒng)中。自從變頻器產(chǎn)業(yè)化以來,專家學(xué)者不斷提出新的控制方案,制造廠家相繼加大對產(chǎn)品研發(fā)的投入。劇烈的市場競爭加速了無速度傳感器是矢量控制系統(tǒng)的開展,相關(guān)的變頻器產(chǎn)品在功能和性能上都有了大.幅度的提升,越

25、來越貼近各種實際的工業(yè)應(yīng)用場合。經(jīng)過二十多年的開展,現(xiàn)有的無速度傳感器矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)在中高速范圍都能到達(dá)理想的控制效果。但是,在某些要求比擬高的低速應(yīng)用場合,例如大型礦井的提升機、數(shù)控機床、軋鋼機以及拉絲機等一些對低速轉(zhuǎn)矩性能要求高的場合,無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)還是很難到達(dá)比擬滿意的控制性能。為了給此次研究一個適宜的標(biāo)準(zhǔn),首先對現(xiàn)今市場占有率高的幾種國內(nèi)外變頻器品牌的低速性能進行了調(diào)研。把握當(dāng)前情況下的無速度傳感器矢量控制的低速性能指標(biāo),更有利于將研究成果實用化。以下表.為國內(nèi)外各個變頻器品牌的低速性能指標(biāo)。表卜 國內(nèi)外高性能變頻器品牌矢量控制低速性能調(diào)研. 性能指標(biāo)品牌 型號 上市時

26、間控制方式調(diào)速范圍起動轉(zhuǎn)矩:. /% 年. 安川 . /% : 年. /% :年艾默生 . /% :年無速度傳感器匯川 . ,% : 年矢量控制.臺達(dá) . /% :年:. ,% 年英威騰. /% : 年.監(jiān)海華騰 . /% : 年西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文由表.可以看出,各個變頻器知名廠家在不斷推出自己新的高性能無速度傳感器矢量控制產(chǎn)品的同時,都在不斷提升和完善其低速性能,以使品牌不斷地適應(yīng)各類工業(yè)應(yīng)用場合的需要,滿足客戶的控制要求。.本文的科研資助和研究內(nèi)容與安排.本文的科研資助隨著變頻調(diào)速系統(tǒng)研究的深入和行業(yè)的市場競爭,國內(nèi)外變頻器生產(chǎn)廠家都在不斷推出各自的新型高性能變頻調(diào)速產(chǎn)品,各方面性能

27、也在不斷提升。應(yīng)越來越多低速大轉(zhuǎn)矩的工業(yè)應(yīng)用場合需要,低速性能指標(biāo)已經(jīng)稱為衡量高性能矢量控制變頻器的一個重要指標(biāo)之一,受到越來越多專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的重視。本文的研究工作受某公司委托工程?高性能變頻器研制與軟件開發(fā)?資助。.本文的內(nèi)容與安排本文從感應(yīng)電機入手,研究了感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型:論述了矢量控制技術(shù),特別對現(xiàn)行的五種不同轉(zhuǎn)速估計謀略進行了理論分析比照:具體深入地研究了基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略;分別以穩(wěn)定性理論和超穩(wěn)定性理論對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略進行了穩(wěn)定性分析,得出了增益矩陣設(shè)計的穩(wěn)定性范圍;搭建了基于英飛凌為控制芯片的硬件實驗平臺,對基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計策

28、略的矢量控制系統(tǒng)進行了全域的通用性驗證,特別對五種轉(zhuǎn)速估計謀略的低速性能進行了實驗比照和分析;在速度控制器中引入模糊控制,以改善系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)的快速性。本文共分為六個章節(jié),具體內(nèi)容安排如下:第一章介紹變頻調(diào)速的開展歷史,概括無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速估計方法研究現(xiàn)狀,調(diào)研了相應(yīng)變頻器產(chǎn)品低速性能指標(biāo),并且闡述了本文的科研資助以及工作安排。第二章介紹了感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型并對其進行了分析,以此為根底闡述了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu),最后對五種無速度傳感器轉(zhuǎn)速估計謀略的理論進行了比照分析。第三章對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計謀略進行了深入研究,首先介紹了結(jié)構(gòu)和原理,

29、然后根據(jù)感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建了狀態(tài)觀測器的結(jié)構(gòu),介紹了增益矩陣的推導(dǎo),并對增益矩陣進行了簡化,利用/對基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了仿真研究。第四章主要進行自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的穩(wěn)定性分析,基于設(shè)計的狀態(tài)觀測器以及優(yōu)化的增益矩陣,分別運用穩(wěn)定性理論和超穩(wěn)定性理論對自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計謀略進行穩(wěn)定性分析,得出系統(tǒng)穩(wěn)定的增益矩陣選取范圍,論證所設(shè)計的自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計環(huán)節(jié)可以保證穩(wěn)定運行。第五章在所搭建的基于的硬件平臺根底上,針對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng),通過實驗研究了自究在內(nèi)的五種轉(zhuǎn)速估計比照分析。第六章總結(jié)了本文?西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文感應(yīng)電機矢量控制技

30、術(shù)本章首先建立了電機的數(shù)學(xué)模型,并對數(shù)學(xué)模型進行分析。在此根底上,對感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)進行了介紹,主要給出了五種的無速度傳感器轉(zhuǎn)速估計謀略描述,為下文著重研究自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略打下根底。.感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型及分析感應(yīng)電機存在如電壓或電流、頻率、磁通、轉(zhuǎn)矩等的輸入輸出變量,并且它們之間也存在相互的耦合關(guān)系,加上系統(tǒng)本身的非線性因素,各相的電磁慣性、.系統(tǒng)的機電慣性,在不考慮磁飽和等因素的情況下,至少也是一個八階的系統(tǒng)。所以,感應(yīng)電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。在研究感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型時常作如下假設(shè):假設(shè)三相繞組對稱,產(chǎn)生正弦分布的磁動勢;忽略磁飽和特性帶來

31、的影響,假定各相電感恒定:忽略鐵芯中的各種損耗;忽略發(fā)熱和溫升情況下繞組的變化。感應(yīng)電機的學(xué)模型可以分別在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括同步旋轉(zhuǎn)的情況情況下表示,根據(jù)坐標(biāo)變化的思想,不同的坐標(biāo)系下的方程式有所不同。本節(jié)首先介紹感應(yīng)電機的等效電路,接著介紹論文中應(yīng)用到的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)論文的需要對建立的數(shù)學(xué)模型進行分析,為后邊的矢量控制以及自適應(yīng)控制打下根底。.感應(yīng)電機型等效電路型等效電路是在電機控制中被熟知的一種感應(yīng)電機等效電路。在忽略鐵損的前提相的等效電路圖。咫 圖感應(yīng)電機型等效電路 .其中,、墨分別為定子和轉(zhuǎn)子電阻,.為定子側(cè)的相電壓,、分別為定子電流、轉(zhuǎn)子電流

32、以及勵磁電流.、分別為定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的感應(yīng)電動勢。以上第章感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)各變量中,轉(zhuǎn)子側(cè)變量已經(jīng)折算到定子側(cè)。定義。為氣隙磁場主磁通,口為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的漏磁通,為轉(zhuǎn)子磁通。定義為轉(zhuǎn)差率。型等效電路的根本特征方程式如下:. 、 鼻魯絲,.、。,轉(zhuǎn)子磁通,是氣隙主磁通。以及漏磁通。的合成。感應(yīng)電機的型等效電路主要是根據(jù)氣隙主磁通對公式進行推導(dǎo)的。根據(jù)圖.可以看出,感應(yīng)電機空載運行情況下,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速,轉(zhuǎn)差很小,那么,/趨近于,轉(zhuǎn)子電流,可以認(rèn)為趨近于。此時可認(rèn)為勵磁電流,。的賦值和定子電流,。相等,所以空載情況下,感應(yīng)電機的功率因數(shù)較低。額定負(fù)載情況下,轉(zhuǎn)差變大,功率因數(shù)增加。氣隙主磁

33、通。的賦值和定子感應(yīng)電動勢巨成正比,并且一將決定。和,。足的向量角度差。感應(yīng)電機固定轉(zhuǎn)速下空載到額定負(fù)載過程中,相比恒定的定子電壓.,定子電阻上的壓降是較小的,可以認(rèn)為氣隙主磁通是一個固定值,并且勵磁電流在一定程度上也是個常數(shù)。但是,在低速情況下,定子和轉(zhuǎn)子電阻上的壓降很可能占據(jù)定子電壓的賦值,這種情況下,定子感應(yīng)電動勢以及氣隙主磁通。均會出現(xiàn)相應(yīng)程度的變化,給感應(yīng)電機的控制帶來困難。根據(jù)型等效電路的特征方程式畫出的感應(yīng)電機矢量圖如圖.所示。圖感應(yīng)電機型等效電路的向量圖. 根據(jù)圖.的型等效電路和圖.的感應(yīng)電機矢量圖,可以得到定轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文以. 扣芍嘲¨

34、 旭礎(chǔ)生似,為電源角頻率,丘、分別為定子電感、轉(zhuǎn)子電感和互感。其中定轉(zhuǎn)子電感分別定義為:厶厶厶和,厶厶,厶和厶分別為定子漏感和轉(zhuǎn)子漏感。忽略電力拖動系統(tǒng)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性,感應(yīng)電機的運動學(xué)方程為五掣 .“唧 .和分別為感應(yīng)電機的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩,為系統(tǒng)軸的轉(zhuǎn)動慣量,玎,為感應(yīng)電機的極對數(shù),國為感應(yīng)電機運行的角速度。.兩相坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型基于研究感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型的假設(shè)條件,感應(yīng)電機在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型通過將轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè),三相定子繞組固定,三相轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn),然后以化簡矩陣的形式表示出來的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程。對感應(yīng)電機三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型的分析和

35、求解比擬困難,在實際的應(yīng)用中通常是經(jīng)過坐標(biāo)變化將其簡化。坐標(biāo)變換的根本思路是在不同坐標(biāo)系產(chǎn)生的磁動勢完全一致,包括/變換、/變換、舯變換等。這里對三相靜止坐標(biāo)系下感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型以及坐標(biāo)變換的內(nèi)容不再累述,僅對論文中應(yīng)用到的兩相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進行闡述和分析。.兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系由下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系可以以任意角速度旋轉(zhuǎn)。將三相靜止坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型包括磁鏈方程、電壓方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程和運動方程進行/變換,然后進行/變換,將各變量都轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中。磁鏈方程,一 。 ,蜩 。 蜩 .,瑪 。 , 電壓方程足丘 一一吐厶蚊厶 足厶 ./ 一吐一 足 一婢 ? 吐一 足,

36、 第章感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)轉(zhuǎn)矩方程與運動方程.。?運動方程與式.一致。.兩相靜止坐標(biāo)系盧下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型是由坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)轉(zhuǎn)速等于的一種特例,也可以僅通過三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型經(jīng)過/變換得到。磁鏈方程,。 ,帕厶妒 厶 鈿 .,似厶厶,巾 鈿電壓方程 ,艇足 “邛 . & 厶材巾 ? 叫 足 轉(zhuǎn)矩方程和運動方程.一/運動方程與式.一致。.兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型也是砌坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型的一種特例,坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)速等于定子同步角速度,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系相比,相差了一個轉(zhuǎn)差。其中電壓方程為材一 足 ?

37、厶一嚷材鯽 厶 . 吐 ,叼. ? , 一蛾嘭厶 弼 足厶甜 田磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程以及運動方程均與由坐標(biāo)軸下的數(shù)學(xué)模型一致。.兩相坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機狀態(tài)方程根據(jù)兩相坐標(biāo)系下的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型,其中定子電流可測量。本文選擇定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈作為狀態(tài)變量來構(gòu)建電機的狀態(tài)方程表達(dá)式,并且不同的坐標(biāo)系下狀態(tài)空間表達(dá)式有所不同。.兩相靜止坐標(biāo)系叩下的狀態(tài)方程表達(dá)式里室墨三查堂堡主蘭竺笙查?一根據(jù)兩相靜止坐標(biāo)系下的磁鏈方程.和電壓方程.,以定子電流轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量,可以得到叩坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程表達(dá)式:.一弋一娼厶盟珥生阻。一生 一乙珥 。一弘嘲阱?弘咿邛丘褂.也一去專.影。等 ,立瓦,】為為了簡化表達(dá)形

38、式,可以將狀態(tài)方程以復(fù)平面中的矢量形式表示。以【.呲擎謄協(xié)斟.兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系由下的狀態(tài)方程表達(dá)式根據(jù)兩相靜止坐標(biāo)系下的磁鏈方程.和電壓方程.,以定子電流轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量,可以得到由坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程表達(dá)式:?血一一痞,墮坼生嗚一?幺一咄一三珥 ,一厶、 %.。.騙一,一乩:鉑.舳“【 卜玉圈,.群。等 ,芻同樣以:【、,為狀同樣的,由坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程也可以以矢量形式表示。態(tài)變量,一,如卜?一藁哏啊生她 ?,式卜如虬簪專 ,陪材,俐的珥丘乙一.感應(yīng)電機狀態(tài)方程的分析根據(jù)控制理論的相關(guān)知識,可以根據(jù)根軌跡法對感應(yīng)電機的狀態(tài)方程進行分析。本第章感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)節(jié)針對兩相靜止坐標(biāo)系叩下的狀

39、態(tài)方程進行分析,從而得到電機本身極點的軌跡圖。由式.,設(shè)其狀態(tài)矩陣為,那么,根據(jù)?求取狀態(tài)方程的特征根可以解出狀態(tài)方程的四個極點表達(dá)式,并且表達(dá)式中存在著變量。所以,當(dāng)前轉(zhuǎn)速的不同直接會影響到電機極點的位置,并且進而影響到電機的性能。根據(jù)轉(zhuǎn)速從到額定值的情況,畫出的感應(yīng)電機極點在復(fù)平面的軌跡如圖.所示。和詈。?二: 圖感應(yīng)電機極點分布圖 .圖.中的電機極點是針對一臺感應(yīng)電機參數(shù),根據(jù)轉(zhuǎn)速從到額定轉(zhuǎn)速的不同取值,用仿真軟件計算出極點從而畫出的極點連線?？梢钥闯?在轉(zhuǎn)速的整個范圍內(nèi),整個電機的極點均位于平面的左邊,所以電機本身的系統(tǒng)是穩(wěn)定的。轉(zhuǎn)速很低的情況下,電機的極點靠近實軸,并且有一組極點會靠

40、近虛軸。此種情況下,電機本身對于外部的干擾比擬敏感,很容易受到各種參數(shù)變化的影響。根據(jù)計算推導(dǎo),可以得出,遠(yuǎn)離虛軸的一組共軛的極點是定子電流的運行狀態(tài),靠近虛軸的一組共軛極點是轉(zhuǎn)子磁鏈的運行狀態(tài)。這樣的話,轉(zhuǎn)子磁鏈的低頻情況下的抗干擾性很差,.所以需要以更先進的算法估計出更為精確的轉(zhuǎn)子磁鏈,以改普電機的低速性能。.轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制根本原理變頻調(diào)速面對的是一個復(fù)雜的感應(yīng)電機控制對象,雖然可以通過之前提到的坐標(biāo)變換進行化簡,但是其結(jié)果并沒有改變感應(yīng)電機動態(tài)模型高階、非線性、強耦合、多變量的本質(zhì)。研發(fā)新一代高性能的變頻調(diào)速器,按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制技術(shù)仍是現(xiàn)今最為廣泛應(yīng)用的高性能控制方案。.西

41、安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.矢量控制原理矢量控制系統(tǒng)的根本思路是將定子電流解耦為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,其中轉(zhuǎn)子總磁通,等效為直流電動機的勵磁磁通,定子電流勵磁分量等效于勵磁電流;轉(zhuǎn)矩分量可以看作與轉(zhuǎn)矩成正比的轉(zhuǎn)矩電流。具體的解耦方式還是通過坐標(biāo)變換,將三相坐標(biāo)下的定子電流通過/變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的定子電流分量,然后再進行/變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流分量。這樣,感應(yīng)電機就可以通過等效為一個直流電動機來進行控制如圖方框中局部。 筆,罹毫§一茹:蒹蘭三二二二二二摶蕉一三三二三三二三了通過坐標(biāo)的反變換,便可以應(yīng)用直流電動機的控制策略對感應(yīng)電機進行控制。這種通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)叫

42、做矢量控制系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖.所示。感應(yīng)電機的磁鏈空間矢量,有三種不同的表達(dá)形式:轉(zhuǎn)子磁鏈,、定子磁鏈,。和氣隙磁鏈,。所以,感應(yīng)電機就有定子磁場、轉(zhuǎn)子磁場和氣隙磁場這三種方式定向方式。本文的研究主要采用轉(zhuǎn)子磁場定向方式。.基于轉(zhuǎn)子磁場定向的三相感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型根據(jù)本文確定的轉(zhuǎn)子磁鏈定向的方式,在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中,軸和轉(zhuǎn)子磁鏈,的方向相同,軸逆時針旋轉(zhuǎn)。由此,吵耐,。又由于籠型電機的轉(zhuǎn)子每部短路,于是材啊。這樣一來,根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場定向,上文提到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下.,厶?。髀%,.。,.耐.第章感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)一蛾厶 一吐咄皺厶 足厶 呻 .足一蛾 ? %厶吐一厶 足 轉(zhuǎn)矩方程將

43、磁鏈方程代入電壓方程,消去轉(zhuǎn)子電流和定子磁鏈分量,代入運動學(xué)方程.,整理得到轉(zhuǎn)差公式以及轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流的關(guān)聯(lián)公式為.嫠.,南乙將式.的、兩式解出、,并將結(jié)果代入式.,經(jīng)過轉(zhuǎn)子定向確定的關(guān)系式化簡整理可得.等譏譬如運動方程與式.一致。.無速傳感器矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制框圖.?高性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)都需要速度或者瞬時角度的反應(yīng),精度高的速度傳感器將增。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文加系統(tǒng)的本錢,并且降低系統(tǒng)的可靠性。所以,無速度傳感器矢量控制的方案受到了各制系統(tǒng)的控制框圖。速度反應(yīng)是高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),它直接關(guān)系到轉(zhuǎn)速的靜態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)快速性以及轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定程度等系統(tǒng)響

44、應(yīng)性能,影響到矢量控制系統(tǒng)的控制效果。下面對幾種的轉(zhuǎn)速估計方案進行具體描述。.電壓模型轉(zhuǎn)速估計方案根據(jù)電壓方程和磁鏈方程中電動勢和磁鏈的關(guān)系,對電動勢積分可以得到磁鏈,此種方法得到的模型稱為電壓模型。電壓模型是基于電機數(shù)學(xué)模型的開環(huán)轉(zhuǎn)速估計方案。在兩相靜止坐標(biāo)系中,根據(jù)電壓方程式.,將磁鏈方程式.中的轉(zhuǎn)子電流帶入置換,帶入漏磁系數(shù)一己/厶厶并對等式兩邊取積分,即可得到轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型的表達(dá)式。且一西一船.一。油一卜。隧式.是傳統(tǒng)的電壓模型,結(jié)構(gòu)簡單,算式不含轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)。但是此種模型存在純積分環(huán)節(jié)所帶來的直流偏置現(xiàn)象,并且低速時模型的觀測精度受定子電阻的變化影響?；诖?出現(xiàn)了用一階低通濾波

45、代替純積分環(huán)節(jié)的改良優(yōu)化方案。其具體的轉(zhuǎn)速估計框圖為如下圖。圖改良電壓模型結(jié)構(gòu)框圖.電流模型轉(zhuǎn)速估計方案根據(jù)矢量控制的根本方程式中兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓方程式.,然后帶入兩相靜止坐標(biāo)系下磁鏈方程式.以置換轉(zhuǎn)子電流變量,經(jīng)過整理得到轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型。具體的方程式如下:.。帝心?？Р坊苄娜缫惑收赂袘?yīng)電機矢量控制技術(shù)電流模型的轉(zhuǎn)速估算根本的結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示。圖電流模型結(jié)構(gòu)框圖. 在實際的微處理器實現(xiàn)中,由于轉(zhuǎn)子磁鏈在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量之間有耦合的關(guān)系,離散時會出現(xiàn)不收斂的情況。由此,將原有的定子電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)變換,得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的分量。然后,利用矢量控制的根本方

46、程式中的式.和式.,可以獲得磁鏈和轉(zhuǎn)差信號。由轉(zhuǎn)差加上實測轉(zhuǎn)速得到定子頻率,在經(jīng)過積分得到轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角。具體的結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示。圖?改良電流模型結(jié)構(gòu)框圖.電流模型需要應(yīng)用到電流和轉(zhuǎn)速信號,雖然理論上可以適用于全速范圍,但是也會受到電機參數(shù)變化的影響。比方溫升和頻率變化會影響到轉(zhuǎn)子電阻,磁鏈飽和情況會影響到電感參數(shù)。當(dāng)機電參數(shù)發(fā)生變化的時候,用原有的電機參數(shù)估計得出的磁鏈信號便會失真,必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)速估計的準(zhǔn)確性降低,進而影響到矢量控制系統(tǒng)的控制性能,使整個系統(tǒng)的性能降低。.基于轉(zhuǎn)矩電流閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速估計方案開環(huán)的轉(zhuǎn)速估計方案不可防止的會受到電機參數(shù)變化的影響,由此估算轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)在實際應(yīng)用中特

47、別是惡劣情況下的性能會大打折扣。閉環(huán)的轉(zhuǎn)速估計方案可以有效地抑制這種負(fù)面影響,更好地維持矢量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?；陂]環(huán)控制的轉(zhuǎn)速估計方案是出現(xiàn)比擬早的一種閉環(huán)轉(zhuǎn)速估計方案,它是基于某些誤差量,應(yīng)用調(diào)節(jié)獲得估計的轉(zhuǎn)速信息。這里介紹一種基于轉(zhuǎn)矩電流誤差的轉(zhuǎn)速估計方案,它通過調(diào)節(jié)器控制給定轉(zhuǎn)矩電西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文流和其實際值的誤差,得到估計的轉(zhuǎn)速值。王.匆七工一乞圖中給出了基于轉(zhuǎn)矩電流誤差轉(zhuǎn)速估計方案的結(jié)構(gòu)框圖。此種方案結(jié)構(gòu)簡單,尤其在勵磁和轉(zhuǎn)矩完全解耦的矢量控制系統(tǒng)中容易實現(xiàn),并且穩(wěn)態(tài)下穩(wěn)定性好。但是具體的調(diào)節(jié)器參數(shù)是需要根據(jù)具體的工況進行設(shè)計,不同工況下參數(shù)不一樣,特別是在動態(tài)下負(fù)載和轉(zhuǎn)

48、動慣量都會發(fā)生變化的情況,參數(shù)的選取比擬困難。圖轉(zhuǎn)矩電流閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速估計謀略框圖.?.模型參考自適應(yīng)轉(zhuǎn)速估計方案模型參考自適應(yīng)轉(zhuǎn)速估計不僅是一種基于電機數(shù)學(xué)模型的閉環(huán)轉(zhuǎn)速估計方案,也是一種基于穩(wěn)定性設(shè)計的轉(zhuǎn)速估計方案,可以保證轉(zhuǎn)速估計的漸進收斂?，F(xiàn)在流行的做法是將電壓模型作為參考模型,電流模型作為可調(diào)模型,利用兩個模型輸出磁鏈的矢量差構(gòu)建轉(zhuǎn)速自適應(yīng)機構(gòu),已到達(dá)可調(diào)模型快速跟隨參考模型的目的。圖. 的結(jié)構(gòu)框圖.?如圖.所示給出了的結(jié)構(gòu)框圖,圖中定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈均表示的是具體坐標(biāo)系下的分量矩陣。自適應(yīng)機構(gòu)可以應(yīng)用超穩(wěn)定理論來進行設(shè)計,最后等效為一個調(diào)節(jié)器對兩個模型輸出的磁鏈?zhǔn)噶糠e進行自適應(yīng)調(diào)節(jié),

49、結(jié)果送可調(diào)模型進行下一拍運算。是一種穩(wěn)定性高的閉環(huán)轉(zhuǎn)速估計方案,由于其本身的自適應(yīng)的機構(gòu),可以到達(dá)很好的轉(zhuǎn)速估計性能,并且對電機參數(shù)的變化不敏感。但是以感應(yīng)電機的電壓模型作為參考模型,會使參考模型在某些情況下并不能代表感應(yīng)電機本身的情況,在理論上有待于進一步的改良。笫章感應(yīng)電機矢量控制技術(shù).自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方案自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計謀略也是一種閉環(huán)的轉(zhuǎn)速估計方案,也是一種基于穩(wěn)定性設(shè)計的轉(zhuǎn)速估計方案,可以保證估計轉(zhuǎn)速的漸進收斂。與不同的是,這里應(yīng)用電機本身作為參考模型,基于電機數(shù)學(xué)模型設(shè)計的一個狀態(tài)觀測器模型作為可調(diào)模型。實質(zhì)上,自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方案延伸了的自適應(yīng)設(shè)計思想。圖自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的結(jié)構(gòu)框圖. 自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計的根本結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示。基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器轉(zhuǎn)速估計方案將在下一章作深入研究。.本章小結(jié)本章首先介紹了感應(yīng)電機的型等效電路。在此根底上,通過坐標(biāo)變換分別建立了兩相靜止坐標(biāo)系叩和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)由中的感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型。通過所建立的數(shù)學(xué)模型,以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量,建立了兩種坐標(biāo)系下感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程表達(dá)式。針對兩相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程進行分析,用仿真軟件畫出了狀態(tài)方程極點在復(fù)平面內(nèi)的軌跡分