基于DSP的感应电机矢量控制系统研究

论文摘要

目前,随着电力电子技术和微处理器技术的发展,交流调速系统已经在当今工业中得到了广泛应用,高性能的交流调速系统主要采用矢量控制策略,但是感应电机矢量控制系统对电机参数存在严重的依赖性,参数不准确将造成电流与输出转矩出现波动,并且严重时会导致系统出现震荡。而电机参数不准确主要有两方面原因,一是电机运行前参数初始值设定不准确,二是电机运行时参数随温度发生变化导致实际值与设定值出现偏差。本文针对以上问题,分别从参数离线辨识和转子电阻参数在线辨识两个方面进行了深入的研究。电机参数初始值设定不准确是导致感应电机矢量控制系统性能下降的一个主要原因,目前电机参数辨识大多采用堵转实验和空载实验,不仅辨识参数不精确,而且存在较大危险性。本文提出一种基于DSP的感应电机参数离线辨识方法,通过3个实验:直流实验、单相交流实验和空载试验自动辨识出定子电阻、转子电阻、定转子互感与定转子漏感,同时对管压降、开关延时和死区效应都进行了补偿。最后把辨识结果与电机参数实际值进行比较,证明该方法较为简单实用。感应电机矢量控制系统运行中电机参数发生变化将严重影响系统的性能,转子电阻变化对系统性能影响尤为严重,感应电机转子电阻参数在线辨识一直是交流调速领域的研究热点,但是目前尚没有非常有效的方法。本文以感应电机动态数学模型为基础,提出一种基于模型参考自适应系统的转子电阻参数在线辨识策略,并给出设计自适应律的方法。最后通过仿真验证,表明该方法是有效的。最后,本文设计了基于DSP的感应电机矢量控制系统平台,对系统的硬件结构和软件流程进行了详细的介绍。将参数辨识技术应用于系统实验平台,可以得到精确的电机参数,系统运行性能较好。目前该方案已在国内某变频器厂家的产品中得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及目的和意义
• 1.2 交流调速相关技术发展现状
• 1.3 感应电动机参数辨识技术
• 1.4 论文主要内容及章节安排
• 第2章 感应电动机SVPWM 矢量控制系统
• 2.1 感应电动机坐标变换及数学模型
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 感应电动机数学模型
• 2.2 感应电动机矢量控制原理
• 2.2.1 转子磁场定向
• 2.2.2 磁链观测模型
• 2.3 空间电压矢量脉宽调制原理
• 2.3.1 SVPWM 调制的基本原理
• 2.3.2 SVPWM 调制实现方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 感应电机参数离线辨识
• 3.1 感应电机等效模型
• 3.2 定子电阻辨识
• 3.3 转子电阻与定转子漏感辨识
• 3.4 定转子互感辨识
• 3.5 实验结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 感应电机转子电阻在线辨识策略
• 4.1 转子电阻参数变化对系统性能的影响
• 4.1.1 转子电阻参数变化对系统稳态性能的影响
• 4.1.2 转子电阻参数变化对系统暂态性能的影响
• 4.2 模型参考自适应理论及其稳定性分析
• 4.3 基于MRAS 的转子电阻参数在线辨识
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 感应电机矢量控制系统软硬件设计
• 5.1 系统硬件平台设计
• 5.1.1 交直交主电路设计
• 5.1.2 开关电源电路设计
• 5.1.3 IGBT 驱动电路设计
• 5.1.4 电流采样电路设计
• 5.1.5 转速采样电路设计
• 5.1.6 过流保护电路设计
• 5.2 系统软件模块设计
• 5.2.1 电机标幺值模型与数据定标
• 5.2.2 电流采样模块设计
• 5.2.3 转速采样模块设计
• 5.2.4 PID anti-windup 控制器模块设计
• 5.2.5 SVPWM 模块设计
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢