基于自适应滤波死区补偿的交流电机矢量控制系统的研究

【摘要】：矢量控制理论结合了电机统一理论、机电能量转换和坐标变化理论等思想，将异步电动机定子电流矢量分解成按转子磁场定向的两个直流分量进行控制，实现解耦,将异步电动机等效成直流电动机。在逆变器的控制中，由于死区时间的存在，当开关频率很高或者输出电压很低时，逆变器的输出电压波形产生明显的畸变，从而导致电机的电流发生畸变，附加损耗和转矩脉动增大，控制性能降低。因此，对矢量控制系统中的死区进行补偿对改善电机控制质量具有重大意义。 本文详细了分析了矢量控制的原理、谐波影响、死区补偿的常用方法、死区时间对逆变器输出电压/电流波形的影响等，提出一种新的基于死区时间内谐波分析和失真滤除技术的PWM死区补偿方法-基于自适应全通滤波器的死区补偿法。在同步坐标系中，基波成份的补偿主要是通过对异步电动机的参考电压植入一个前馈补偿电压信号来完成，基于自适应二阶格型滤波器的谐波补偿器和电流控制器构成的反馈回路完成谐波失真的补偿。这种反馈方法能很好地补偿同步坐标系中逆变器输出量的基波和6次谐波，可以缩小死区时间内由于逆变器输出电压波形失真而引起的电流波形失真，具有高度的软件集中性，不受电流极性的影响，能随着逆变器开关管的非极性变化而变化，对改善交流异步电动机矢量控制系统的性能有很好的作用。 不同频率下，基于自适应滤波的死区补偿器对输出电流波形的影响不同，谐波补偿效果也有区别。在上述研究的基础上，将补偿方法应用在异步电动机矢量控制系统中，使用DSP-TMS320F2812进行控制，并在MATLAB中搭建SIMULINK仿真模型，进行验证。系统仿真实验表明：对补偿前后逆变器输出的电流波形进行比较，其畸变得到了明显改善，谐波分量大大减少，基波和6次谐波得到了很好的补偿，达到了预期的设计效果。为了进一步验证这两种补偿方法的实际补偿效果，本文还为验证实验做了一些前期的准备工作。