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《东华大学》 2011年
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纺机专用变频器的矢量变频调速控制技术研究

沈军民  
【摘要】:随着纺机行业的快速发展,纺机的机电一体化技术水平不断提高,交流变频技术取代传统转动技术应用于纺织机械领域中,交流电机在纺机传动中也得到广泛使用。在纺机领域中三种常用的纺机变频器类型有V/F、无速度矢量控制、和伺服变频器。各国学者对变频调速控制系统涉及的硬件和控制技术做了大量的研究,提出了许多有效的成果,同时也存在许多技术问题还需要做更进一步的研究。论文针对纺机变频器设计存在的硬件和控制策略方面的问题进行了研究,并提出了有效解决方案。 因交流电机是多变量、时变、强耦合的高价系统,直接对交流电机进行控制难以获得优良的动态调速特性。因此,论文首先从交流电机控制领域中应用最成功的的基本控制策略出发,回顾了矢量控制策略的基本原理、矢量控制策略的坐标变换过程、交流电机矢量模型以及电压空间矢量PWM控制技术等;讨论了基于矢量控制策略的直接矢量控制模型的关键技术,探讨了矢量控制策略应用成功的前提是如何准确观测磁链,以及保证磁链观测模型准确的必要性。 论文讨论了在纺机中广泛使用的MRAS无速度矢量控制变频器,对MRAS矢量控制模型存在的问题如直流初值积累、误差累计、PI参数整定、计算量大、参数漂移等进行了详尽的分析,通过对转速估计模型进行改进和重构模型两种方法解决以上问题。提出用增量式MRAS控制模型彻底解决MRAS控制模型存在的直流积累、误差累计的问题。因改进后的增量式MRAS模型仍然含有PI调节器,仍存在PI参数整定、结构复杂等问题。因此,进一步提出基于MRAS的无差速度直接计算模型,基本思路是调节模型的输出直接无差跟踪参考模型的输出,在MRAS控制系统中省略PI调节器和电流模型,至此完全避免了由于PI调节器带来的所有相关问题如直流初值积累、误差累计、PI参数整定等等,同时因省略了PI调节器和电流模型,模型结构简化,计算量减小,仿真实验验证了理论分析的预期目标。基于MRAS的无差速度计算模型中仍含有参考模型,因此仍受电机参数漂移的影响,估算速度的精度仍受限制,论文通过结合传统参数辩识的方法,设计全维/降维观测器或卡尔曼滤波器在线辨识参考模型的参数Rs,实时修正参考模型确保估算速度的精度。 基于MRAS的无差速度计算模型结合参数辨识的方法,在理论上解决了无速度电机矢量控制的问题,但实际上因全维/降维观测器或卡尔曼滤波器在线辨识参数的方法存在计算量大、结构复杂、实时性差等缺点,直接移植到DSP控制系统中难度很大,因此,若能够找到一种对电机参数不敏感或弱敏感的控制模型,就可解决或部分解决以上问题。论文提出了一种全新的J-M变换矢量控制模型,把交流电机模型经过J-M坐标变换后转换成串励直流电机控制模型,对该模型的基本原理进行了的研究,并对其特性进行了仿真,同时建立了基于J-M变换矢量控制策略的闭环控制模型,并对闭环系统模型的作了仔细研究和仿真实验测试,试验结果表明该模型对电机参数具有弱敏感性。但是基于J-M变换矢量控制策略的闭环控制模型需要电机转速信号作为反馈信号,因此要与无速度矢量控制系统结合使用还有待研究。另外,由于该模型表现出直流电机的串励模型的软特性,采用了与转子磁链定向控制模型不同的控制方式,建立在FOC矢量控制技术基础上的控制模型不能直接应用,在论文中虽建立了完整的仿真试验模型,但要直接使用到实际系统中还得做进一步的研究。 论文对纺机变频器的硬件电路和纺机变频器专用功能设计进行了细致的研究,具体说明了逆变电路、驱动电路、键盘、显示、DSP控制电路、电压检测、电流检测以及过流、过压、过热保护、纺机专用功能设计等方面做了具体介绍。最后,指出为设计高性能纺机变频器,涉及的硬件和控制策略等方面的问题还需要做出更深入的探索。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TS103.7

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