基于三电平逆变器的无速度传感器控制系统的研究

论文摘要

随着矢量控制的提出,异步电机多变量、强耦合的问题得以解决。速度传感器矢量控制系统已经不能满足工业控制的需求,因此我们必须采用一种不带速度传感器的矢量控制系统。无速度传感器矢量控制系统具有很高的实用价值和理论意义。本文对无速度传感器矢量控制系统进行了广泛的研究。随着电力电子技术的发展,功率等级的不断提高,传统的两电平技术越来越不能满足现实的控制需求,而三电平技术的引入解决了两电平的局限性问题。本文针对高压大功率的无速度传感器矢量控制系统进行了研究。首先对于三电平技术进行了阐述,详细分析了三电平的原理以及三电平SVPWM的推导。其次对于电机控制技术中的间接磁场定向矢量控制进行了分析和推导,建立了具有较高控制精度的矢量控制方法。最后介绍了无速度传感器的方法,并就其中的动态转速估算和模型参考自适应方法进行了详细的讨论和研究。结合了电压模型和电流模型各自的优缺点,提出了一种具有电压补偿项的磁链估计模型,提高了磁链估计性能和鲁棒性。又对模型参考自适应进行了理论分析,并详细介绍了磁链模型参考自适应的方法,针对其电压模型具有纯积分环节提出了反电动势的方法。最后对于反电动势含有定子电阻,提出了一种对定子电阻具有完全鲁棒性的无功功率方法。本文首先利用Matlab/Simulink建立了基于三电平的有速度传感器矢量控制系统,接着建立了几种基于三电平的无速度传感器的仿真模型,并对这几种方法进行了低速性能和参数鲁棒性的分析和研究。本文重点分析了几种无速度传感器方案在实际应用当中的可行性,并对这几种方法的优缺点进行比较,得到了较为可靠的数据和结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 多电平逆变器综述
• 1.3 异步电机控制技术综述
• 1.4 感应电机速度估计技术综述
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 三电平逆变器控制系统
• 2.1 二极管箝位型多电平逆变器
• 2.1.1 二极管箝位型三电平逆变器结构和工作原理
• 2.1.2 三电平逆变器工作状态切换
• 2.1.3 二极管箝位型三电平逆变器的优缺点
• 2.2 三电平逆变器的空间矢量PWM控制
• 2.2.1 三电平逆变器开关状态分析
• 2.2.2 三电平逆变器SVPWM中扇区的划分
• 2.3 本章小结
• 第3章 感应电机矢量控制
• 3.1 三相异步电动机的数学模型
• 3.1.1 三相异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型
• 3.1.2 矢量控制的坐标变换
• 3.1.3 三相异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型
• 3.1.4 三相异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
• 3.2 转子磁场定向矢量控制基本原理
• 3.2.1 定子电压解耦
• 3.2.2 转速电流双闭环控制
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于三电平无速度传感器矢量控制系统
• 4.1 无速度传感器的方法
• 4.2 直接磁链计算转速
• 4.2.1 磁链估计器
• 4.3 模型参考自适应转速估计
• 4.3.1 模型参考自适应理论
• 4.3.2 磁链模型的模型参考自适应转速辨识
• 4.3.3 基于反电动势模型参考自适应（Back-EMF）
• 4.3.4 无功功率模型参考自适应
• 4.4 三电平电压重构
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于三电平无速度传感器系统仿真
• 5.1 基于三电平异步电机间接磁场定向矢量控制系统的建立
• 5.2 基于三电平有速度传感器仿真分析
• 5.3 基于三电平无速度传感器仿真
• 5.3.1 直接计算转速
• 5.3.2 磁链模型参考自适应
• 5.3.3 反电动势模型参考自适应
• 5.3.4 无功功率模型参考自适应
• 5.3.5 四种转速估计方法的低速性能
• 5.3.6 四种转速估计方法对参数鲁棒性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢