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交流异步电动机按定子磁链定向的电流矢量控制

谢鸿鸣  
【摘要】:异步电机因自身结构问题造成其转子侧参数具有易变难测的特点,使得任何建立于电机数学模型基础之上且利用转子参数进行变量计算的调速系统性能都或多或少地受转子参数变化的影响。 采用定子磁链控制能有效地提高系统对转子侧参数的鲁棒性,其原因在于定子磁链观测模型可以避免转子参数的引入,模型的唯一参数是较易在线测量的定子电阻,从而在理论上保证了磁链观测结果的强鲁棒性。目前,建立于电机动态模型之上的定子磁链控制方法有直接转矩控制(DTC)、间接自控制(ISR)和直接定子磁链定向控制(DSFO),它们采用了不同的控制手段,表现出的性能也不同。但DTC由于砰-砰控制影响了低速性能,ISR和DSFO仍然避免不了对转子参数的依赖。 本文依据异步电机动态模型,在分析电机内部电流及磁链关系的基础上,提出异步电机按定子磁链定向的电流矢量控制方案,在保持较高动态特性的前提下,基本消除了转子参数对调速系统控制性能的影响,成为一种既综合了矢量控制和直接转矩控制的优点,又克服了它们各自的主要缺点的异步电动机高动态性能强鲁棒性的新型控制方案。研究的主要内容有: 研究了异步电机的动态数学模型,通过选择转子量到定子侧折算的不同方法,获得由不同状态变量表示的电机模型状态方程,随之得到不同形式的动态等值电路。 2000年上海大学博士学位论文 根据磁场加速法原理,在理论上定性地分析了电机转子参 数对矢量控制系统性能的影响。结合定子磁链控制,提出异步 电机基于定子磁链幅值恒定的电压矢量控制方案,并对该方案 的非线性局限进行了分析。 分析了电机内部电流及磁链的关系,提出异步电机按定子 磁链定向的电流控制方案,通过分别调节定子电流的力矩分量 及与磁链幅值相关的横轴分量,使系统在保持高动态响应下实 现转矩的连续平滑控制,同时避免了对转子电阻、转子时间常 数的依赖,提高了系统的鲁棒性。 首次运用数学手段详细分析了定子磁链的间接观测方法, 对各种观测方法的本质进行了较为严密的说明。 从理论上分析了变频器死区效应、业和高次谐波对系统性 dt 能、电机及外部设备的影响。并给出了若干减少变频器负面影 响的对策。 结合TI公司的TMS320F240 EVM,建立了异步电机按定 子磁链定向的电流控制调速装置。在这基础上的一系列试验说 明控制系统具有较好的动、静态性能和较高的抗负载扰动能力。


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