同步电动机气隙磁场定向矢量控制技术的研究

论文摘要

在大功率电力传动场合,同步电动机调速系统的应用十分广泛。高性能同步电动机调速系统的研究,不仅可以实现工业自动化,提高生产效率,而且对调速节能也具有重大的意义。本文以电励磁同步电动机调速系统为研究对象,对气隙磁场定向的控制系统设计和磁链观测技术进行较为深入的分析和研究。论文首先基于矢量控制原理和坐标变换工具,分析同步电机气隙磁场定向控制系统的基本原理;建立了同步电动机的基本关系式,并推导标幺值系统下dq轴系和MT轴系的数学模型;同时给出了矢量控制调速系统的整体框图,为控制系统的设计提供了必要的基础。采用工程最佳法分别设计了定子电流调节器、转速调节器、励磁电流调节器和气隙磁链调节器的参数。重点对MT轴定子电流的控制进行论述:分析了电流调节器参数对系统动态和稳态性能的影响;采用开环bode图分析指出了PI调节器对电机参数的变化具有较强的鲁棒性;讨论了反电势扰动对电流环控制性能的影响。通过仿真对所设计的控制系统性能进行研究。介绍了气隙磁链观测常用的电流模型和电压模型,在此基础上,采用基于电流模型参考自适应的磁链观测方案,对磁链观测器进行设计。详细分析了基于电流模型参考自适应的磁链观测器中PI控制器参数的设计方法;建立同步电动机磁链观测器的复矢量模型,采用频域分析法对所设计的观测器进行理论上的性能评估;并通过仿真进行验证。此外,文中还简单推导了磁链观测器的数字实现算法。基于交直交变频器和直流斩波器的主电路拓扑,本文设计了同步电动机调速系统的实验装置。通过实验分别对定子电流环的控制性能、转速控制性能、气隙磁链闭环控制性能和气隙磁链观测性能进行研究,结果表明实验装置具有良好的调速性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 2 同步电动机矢量控制调速系统原理
• 2.1 同步电动机的气隙磁场定向控制
• 2.2 同步电动机的数学模型
• 2.3 同步电机矢量控制调速系统的结构
• 2.4 本章小结
• 3 气隙磁场定向的控制系统设计
• 3.1 MT 轴定子电流控制
• 3.2 转速控制器的设计
• 3.3 励磁电流控制器的设计
• 3.4 气隙磁链控制器的设计
• 3.5 控制系统的仿真
• 3.6 本章小结
• 4 气隙磁链的观测
• 4.1 磁链观测器模型
• 4.2 磁链观测器的设计
• 4.3 磁链观测器的性能评估
• 4.4 磁链观测器的仿真
• 4.5 观测器的数字实现
• 4.6 本章小结
• 5 气隙磁场定向控制的调速系统实验研究
• 5.1 调速装置的控制性能实验
• 5.2 气隙磁链观测器的实验研究
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 三相同步电动机参数