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异步电机矢量控制中的无速度传感器及参数辨识研究

于波  
【摘要】:异步电机具有诸多先天优势,例如结构简单,体积小,转速高,结实耐用,大容量,适用于严酷的环境,因此异步电机调速控制技术越来越得到人们的广泛关注。尤其是在计算机以及电子技术迅速发展的今天,许多先进的控制策略涌现推进了交流调速系统的迅猛发展。在众多先进控制策略中,矢量控制方法应用比较广泛。该方法大大改善了交流传动系统的动态性能,矢量控制系统的研究成为异步电机调速系统的重要研究方向。 在传统矢量控制系统中,通常由速度传感器等来获得转速,而这些传感器容易受到环境的影响,限制了控制系统的应用范围。因此研究无速度传感器技术成为异步电机矢量控制系统亟待解决的问题之一。本文首先介绍异步电机矢量控制系统中无速度传感器技术以及参数辨识技术的研究现状,并简单介绍目前世界上广泛应用的几种主要方法,并简述各种方法的优缺点。 本文简单介绍矢量控制算法的基本原理。通过坐标变化使得异步电机的控制算法达到与直流电机控制算法相媲美的控制效果;分别介绍异步电机在三相坐标系,两相静止坐标系以及两相旋转坐标系下的电机数学模型;介绍电压空间矢量调制的基本思想,在此基础上,搭建电压空间矢量模块;介绍异步电机矢量控制方案,为搭建异步电机矢量控制算法做好了详细的理论准备。 为了进一步提高异步电机矢量控制系统的动态性能,本文将无速度传感器技术加入到传统的矢量控制系统中,具体采用模型参考自适应的方法来辨识转速;同时系统的稳定性应用波波夫超稳定性定理来验证。在得到的转速辨识算法的基础上,应用滑模控制器来取代算法中的PI控制器,进而增强系统的鲁棒性。滑模控制方法也有自身的缺点,本文应用趋近律的方法来抑制其抖动问题。 在异步电机矢量控制系统中,温度的变化和集肤效应都将导致电阻的变化,电阻的变化又将导致磁场定向的不准确,进而影响矢量控制系统的性能。因此,电阻的精确与否限制了矢量控制系统的性能。为了提高矢量控制的系统的控制精度,电阻应被实时和准确的辨识。本文采用全阶状态观测器方法对电机参数进行辨识;系统的稳定性用李雅普诺夫定理来验证。本文用这一方法有效辨识了转子电阻和定子电阻,仿真结果验证该方法可行。 最后,本文应用Matlab/Simulink软件搭建矢量控制系统,在此基础上搭建转速辨识模块,经仿真分析,系统能快速跟踪转速,动态性能良好;搭建转子电阻以及定子电阻辨识仿真模型,经仿真分析,能够准确辨识电阻,此算法可行,同时系统具有良好的动态性能。


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