基于dSPACE的交流电机矢量控制系统无速度传感器研究

论文摘要

无速度传感器矢量控制技术是矢量控制技术和通用变频器技术相结合的交流调速技术之一,具有调速范围宽、精度高、响应快、转矩可控、成本低、可靠性好和不受使用环境限制等优点,目前已经成为交流调速技术中重要的研究课题。但是无速度传感器矢量控制技术控制算法相对复杂,传统的开发方法如基于DSP的软件方法,需要编写大量的程序代码以及复杂的实验管理,使整个系统的开发周期长。dSPACE是基于MATLAB/SIMULINK半实物系统开发的软硬件工作平台,具有实时性强、可靠性高、扩充性好等优点。作为开发平台,dSPACE可以自动生成代码并满足实时系统的基本需求。通过建立交流电机矢量控制实时模型来介绍实时模型的搭建步骤以及实时模块的作用,并进行实时实验;通过实验现象分析了原有模型中转速控制器的局限性,设计了一种适合于实时模型的转速控制器,该控制器可以有效地改善矢量控制实时模型的控制性能。对两种基于基波激励的交流电机矢量控制系统无速度传感器方法(PI控制器法和模型参考自适应法)进行了改进和实验研究。对于基于PI控制器法的估计模型,通过引入变参数PI控制器来改善PI控制器法的估计性能;对于模型参考自适应模型,采用一种改进的电压模型作为参考模型来改善纯积分环节带来的问题,针对电机参数在运行中发生变化的问题,研究了一种参数与转速同时辨识的方法,有效地提高了模型参考自适应法的估计性能。针对交流电机尤其是永磁同步电机在全速范围内实现无位置传感器运行的需要,研究了一种增强型自适应转速观测器。该算法在自适应转速观测器中结合高频注入法,对观测器估计转速在低速和静止时进行误差校正,使其不但具有很好的动态特性,而在低速时也可以保证估计精度。实验证明该增强型自适应转速观测器适合全速范围内运行,且在不同速度区域之间可以实现平滑过渡。最后,介绍了dSPACE实时平台的软硬件环境,包括代码生成及下载软件RTI和实验测试软件ControlDesk以及硬件DS1104,阐述了基于dSPACE进行控制系统开发的优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流电机调速技术发展的概况与趋势
• 1.2 交流电机矢量控制无速度传感器研究的概况
• 1.2.1 矢量控制的研究概况
• 1.2.2 无速度传感器控制技术研究的意义及概况
• 1.3 无速度传感器矢量控制系统的结构、分类和应用
• 1.3.1 无速度传感器矢量控制（SVC）的结构
• 1.3.2 无速度传感矢量控制（SVC）系统的分类及应用
• 1.4 dSPACE 软硬件实时控制平台
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 交流电机矢量控制的 dSPACE 实现
• 2.1 基于 dSPACE 的异步电机转子磁场定向矢量控制系统
• 2.1.1 异步电机转子磁场定向控制原理
• 2.1.2 控制系统的实时模型及实时实验
• 2.1.3 实时实验分析及控制系统实时模型改进
• 2.2 永磁同步电机矢量控制的 dSPACE 实现
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于基波激励的无速度传感器控制方法研究
• 3.1 一种改进的PI 控制器法研究
• 3.2 含参数在线辨识的模型参考自适应法研究
• 3.2.1 模型参考自适应法基本原理
• 3.2.2 转速和参数同时辨识的MRAS 模型建立
• 3.3 实时实验及结果分析
• 3.3.1 改进PI 控制器法实时实验
• 3.3.2 含参数在线辨识的MRAS 法实时实验
• 3.3.3 两种无速度传感器控制方法的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于增强型自适应转速观测器的永磁同步电机无速度传感器研究
• 4.1 永磁同步电机自适应转速观测器模型
• 4.2 高频信号注入法
• 4.3 增强型自适应转速观测器模型
• 4.4 实时实验及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 dSPACE 软硬件实验平台介绍
• 5.1 dSPACE 软件环境介绍
• 5.1.1 代码生成及下载软件-RTI
• 5.1.2 测试软件
• 5.2 dSPACE 硬件介绍
• 5.3 基于 dSPACE 的实验平台介绍
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及获奖情况
• 一、发表论文
• 二、获奖情况