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基于DSP的感应电机无速度传感器矢量控制

李家波  
【摘要】:感应电机的无速度传感器矢量控制是目前电气传动领域研究的热点之一,其主要研究内容为在存在参数变化、扰动及各种不确定性干扰的情况下,采用一种快速、有效的方法对转子磁链、转子转速进行较为准确的观测。为了达到这个目的,本课题从两个方向对无速度传感器矢量控制进行了研究,一个是传统的磁链、转速观测方法,一个是基于扩展卡尔曼理论的磁链、转速观测。 在研究传统的磁链、转速观测方法时,首先介绍了基于电压和电流模型的磁链辨识及其改进算法,指出了其不足之处。继而引入了基于参考模型的磁链频率辨识方法,并选择其中的d轴电压模型观测转子磁链频率。该方法能较好的适用于不需要考虑转子磁链幅值的感应电机矢量控制场合。而对于转子转速的观测,选择了利用转矩电流误差观测转子转速的方法。该方法所采用的PI调节器估算方法,简单易实现。最后将这两种方法综合起来,构成了一个简化的、受电机参数影响较小的无速度传感器矢量控制系统。仿真结果验证了该方法的有效性。 在研究扩展卡尔曼观测器方法时,首先将转子转速作为一个扩展状态,推导出一个线性化的离散状态方程,并用仿真结果证实了该方法的有效性。考虑到转子电阻在实际运行中变化较大,将其同转子转速一样,作为一个扩展状态进行观测,仿真结果表明该方法在相同的环境下可以比只带转子转速观测的方法更好的观测转子磁链。受这个思想的启发,推导出了一个带有多个扩展状态的卡尔曼磁链观测器。 然后分主电路和控制电路两部分,详细介绍了用于电机控制的硬件平台的设计,其中包括IPM智能功率模块和TMS320DSP芯片和评估板的特点,电压源的选择、各种输入输出接口电路和保护电路,并给出了详细的电路原理图。并在此试验平台上,采用DSP编程,实现了感应电机的带速度传感器控制。试验结果表明,该控制系统在较低转速和较高转速,均有较好的控制效果。


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