高性能变频调速系统若干关键技术问题研究

论文摘要

论文的研究工作围绕高性能变频调速系统的若干关键技术问题——无速度传感器控制及效率优化控制展开。 阐述了交流调速技术的发展史及发展趋势，重点对其中的无速度传感器控制技术、效率优化控制技术的发展状况分别进行了回顾与展望。 由于现有各种仿真软件提供的异步电机仿真模型均为理想模型，不能满足本论文的研究需要。因此在MATLAB环境下为以后的研究专门建立了考虑非理想因素的仿真模型，包括可以模拟电机参数变化以及考虑铁损的异步电机Simulink子系统模型、M文件S函数模型、C MEX文件S函数模型。通过这样的探讨得到了更为逼近真实电机行为特性的异步电机高效仿真模型。 探索了能否通过降阶的方法在保证转速估计精度的前提下减小EKF的计算量这一问题，推导了异步电机的降阶EKF转速估计算法，提出了处理信号微分运算的方法。通过仿真及实验对比，得到了相关结论。 探索了新型卡尔曼滤波器进化算法——无轨迹卡尔曼滤波器(UKF—Unscented Kalman Filter)、平方根无轨迹卡尔曼滤波器(SRUKF—Square Root Unscented Kalman Filter)在异步电机的转速估计问题上的应用。回答了引入UKF、SRUKF是否能获得明显优于EKF的估计性能这一问题。通过仿真及实验对比，分析了采样周期以及滤波器参数对UKF、SRUKF及EKF估计性能的影响，从静态误差、动态响应速度、对电机参数灵敏度、对噪声灵敏度、方法复杂度、计算量等各个方面将UKF、SRUKF与EKF进行了全面的比较，得到了相关结论。 针对如何不增加硬件成本在VVVF通用变频器产品上实现节能控制这一问题，根据VVVF通用变频器的软、硬件资源情况选择了模糊搜索节能控制方法。在原有的通用变频器硬件平台上实现了所设计的节能控制方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 主要符号表
• 引言
• 0.1 交流调速技术发展概况
• 0.2 无速度传感器矢量控制技术发展概况
• 0.3 通用变频器效率优化技术发展概况
• 0.4 本文研究的主要内容
• 1 异步电动机动态数学模型及仿真模型
• 1.1 交流电机动态分析简况
• 1.2 三相异步电机数学模型
• 1.2.1 理想的三相异步电机数学模型
• 1.2.2 坐标变换和变换矩阵
• 1.2.3 三相异步电机在两相静止αβ坐标系上的数学模型
• 1.2.4 三相异步电机在任意两相同步旋转dq坐标系上的数学模型
• 1.3 考虑铁损的三相异步电机数学模型
• 1.4 专用异步电机仿真模型的建立
• 1.4.1 Simulink subsystem仿真模型
• 1.4.2 M文件S函数仿真模型
• 1.4.3 C MEX文件S函数仿真模型
• 1.4.4 性能对比
• 1.4.5 应用举例
• 1.5 结论
• 2 实验平台简介
• 2.1 基于数据流的PC实验平台
• 2.1.1 系统原理及分析
• 2.1.2 信号调理
• 2.1.3 信号采集及预处理
• 2.1.4 基于数据流的PC实验平台的特点
• 2.2 常规DSP实验平台
• 3 基于卡尔曼滤波及其进化算法的异步电机转速估计
• 3.1 卡尔曼滤波理论在异步电机无速度传感器控制中的应用概况
• 3.2 基于EKF的异步电机转速估计
• 3.2.1 KF及EKF原理
• 3.2.2 EKF异步电机转速估计算法
• 3.3 降阶EKF转速估计
• 3.3.1 算法推导
• 3.3.2 与EKF转速估计算法的对比分析
• 3.4 卡尔曼滤波理论的新进展
• 3.5 基于UKF、SRUKF的异步电机转速估计
• 3.5.1 UKF异步电机转速估计算法
• 3.5.2 SRUKF异步电机转速估计算法
• 3.5.3 EKF、UKF、SRUKF转速估计算法仿真对比分析
• 3.5.4 实验结果
• 3.6 结论
• 4 异步电动机模糊效率优化
• 4.1 研究背景
• 4.2 模糊效率优化变频器系统框图
• 4.3 模糊逻辑设计
• 4.4 仿真分析
• 4.5 实验结果
• 4.6 结论
• 5 结论及展望
• 5.1 论文重要成果
• 5.2 进一步研究的设想
• 5.3 尚待解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校学习期间所发表的论文