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基于滑模观测器的异步电机参数辨识研究

孙瑞  
【摘要】:矢量控制和直接转矩控制策略的提出,极大地提升了异步电机的调速性能,使其达到与直流电机调速性能相媲美的程度。而异步电动机在成本、可靠性、功率密度等方面的优势使得异步调速系统成为当前电气传动领域的主流方式。然而,对异步电动机控制系统,尤其是矢量控制系统而言,参数的准确性直接决定了其运行性能。尽管电机的标称参数可以通过出厂实验或自动调谐过程获得,但电机在运行过程中,由于温度、集肤效应、磁饱和程度等因素的影响,电机参数通常会偏离其标称值。就广为采用的间接磁场定向矢量控制系统而言,决定其性能的关键性参数是转子时间常数(或转子电阻)和励磁电感参数,并且它们随电机温度或磁饱和程度的变化而发生变化,尤其是转子时间常数随温度的变化难以通过查表或曲线拟合的方式进行校正。为此,参数的在线校正成为电机控制性能提升的关键,也是近年来学界研究的热点问题。本文通过设计滑模观测器实现了对间接磁场定向异步电动机转子电阻、转子时间常数、以及励磁电感的在线辨识,从而全面提升了矢量控制系统的稳态和动态性能。本文的主要工作如下:1、在建立异步电机数学模型的基础上,设计了异步电机间接矢量控制系统,并对转子时间常数偏差所产生的影响进行了分析和讨论;2、针对温度变化对转子电阻继而对转子时间常数所产生的影响问题,提出了一种双复合滑模面滑模观测器,并通过对其构造过程和物理机理的讨论,使得复合滑模面的本质得以清晰揭示,单个复合滑模面滑模观测器的缺陷得以暴露,双复合滑模面滑模观测器的提出得以自然呈现,从而完善了复合滑模面滑模观测器的设计理论;3、通过仿真分析进一步证明了所设计的双复合滑模面滑模观测器能够较为准确地实现转子电阻的在线辨识,并具有较强的负载鲁棒性和参数鲁棒性;4、针对在电动汽车场合,电流指令值的计算需要用到励磁电感,且在新能源汽车电驱动等具有较宽弱磁调速范围的场合,电感参数变化较大的问题。本文基于前述双复合滑模面滑模观测器的构造机理进一步设计了一种能够同时对转子电阻、转子时间常数、以及励磁电感参数进行在线辨识的双复合滑模面滑模观测器;5、搭建了 10kW异步电动机矢量控制系统仿真模型和实验平台,对本文的分析和设计进行了仿真和实验验证。


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