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基于瞬时转差的交—交变频电压矢量控制策略研究

刘硕  
【摘要】:对于矿井提升机,现有的交-交变频器控制策略要么仅考虑优化其动态性能,如矢量控制,但其控制算法过于复杂;要么仅考虑优化其力能指标,如最佳压频比控制,由于是标量控制,动态性能不足。大多不能同时考虑动态性能与力能指标的兼顾。如果能够同时考虑提升机的动态性能与力能指标的兼顾,利用交-交变频器根据负荷快速输出电压矢量,就可以优化提升机的运行性能。因此,提出了基于瞬时转差的交-交变频电压矢量控制策略,该策略与矢量控制相比不需要坐标变换、磁链定向和观测,在简化了控制算法的基础上,优化提升机的力能指标,同时相对于标量控制,提高了系统的动态性能。根据交-交变频器的工作原理,如果以电压片段为研究对象,可以认为这些电压片段为由幅值和瞬时频率组成的电压矢量,而交-交变频器改变电机转速的本质就是通过改变其输出的电压矢量。基于瞬时转差的交-交变频电压矢量控制策略是建立在对转速的快速测量的基础上,在气隙磁通恒定的条件下根据转差的变化率,判断提升机转速的加速度,利用瞬时转差频率控制反应提升机转矩的变化,根据转矩和瞬时频率变化在专家知识库中智能选择电压矢量,实现对转矩的快速控制。为了建立专家知识库,在仿真与实验的基础上获得了大量的不同负载、转速下的电压幅值与瞬时频率的关系,获取可以优化电机力能指标的电压矢量范围,在此基础上选取保持气隙磁通恒定的电压矢量,建立专家知识库,制定控制策略。为了验证基于瞬时转差的交-交变频电压矢量控制策略的控制效果,在Matlab/Simulink中搭建了交-交变频调速系统仿真模型,编写相应的S函数,通过仿真来验证其理想运行状态下的控制效果。在实验室现有设备的基础上,搭建了以ARM stm32f103zet为主控芯片的交-交变频调速系统实验平台,运用C语言编写系统软件。根据对仿真与实验结果的分析表明,基于瞬时转差的交-交变频电压矢量控制策略能够利用专家知识库根据瞬时转差选择相应的电压矢量,而且在优化提升机力能指标的同时,可以保证提升机调速的快速性和稳定性。


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