三相异步电动机转子磁通在线观测方法研究

论文摘要

矢量控制又称磁场定向控制,是沿转子磁链方向建立旋转坐标系进而建立电机的模型,通过一系列的坐标变换,将控制对象——感应电机等效为直流电机,从而实现电机定子电流中励磁分量和转矩分量的解耦的控制方法。它大幅度优化了调速系统的性能。近年来计算机控制技术的迅速发展,使得原本因运算量等原因而受限的矢量控制系统在越来越多的方面得到了应用。而矢量控制技术得以实现的基础就在于异步电动机转子磁链信息的准确观测。如果对转子磁链的观测不准确,矢量控制系统应有的优点,即实现转矩和磁链的解耦控制将无法实现。因此,对转子磁链进行精确观测是保证矢量控制系统性能的关键所在。本文分析了矢量控制原理,明确了转子磁链实时观测在矢量控制系统中的意义,提出了转子磁链观测时需要用到的电机基本状态参数的确定方法,分别建立了三相异步电动机在三相静止坐标系、两相旋转坐标系以及两相静止坐标系下的数学模型。并以保证控制系统的准确性和实时性为目的,提出了一种基于模型参考自适应方法的转子磁链观测器。即将电机作为参考模型,将观测方程作为可调模型,建立一个模型参考自适应系统(MRAS),对电机的转子磁链进行实时观测。随后,对基于MRAS的转子磁链观测器的结构和算法进行分析,在此基础上对其实时性进行了论证,得出了它可以用于矢量控制系统中以完成转子磁场的在线识别这一结论。最后,利用Matlab/Simulink软件对提出的算法进行了仿真,通过对采用不同转子磁链观测器的矢量控制系统的性能进行比较,证明了文中所采用的基于模型参考自适应的转子磁链观测方法具有准确性,其实时性也能满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 电机基本参数的确定
• 1.1 电机参数对矢量控制系统性能的影响
• 1.2 电机基本参数的确定方法
• 1.3 逆变器供电条件下交流电机电气参数的采集和处理
• 1.3.1 采集方法
• 1.3.2 处理方法
• 本章小结
• 第二章 转子磁链坐标系下的异步电机数学模型
• 2.1 矢量控制的基本概念
• 2.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩
• 2.1.2 矢量控制的基本思路
• 2.2 矢量坐标变换及变换矩阵
• 2.2.1 异步电动机坐标系
• 2.2.2 矢量坐标变换原理及实现方法
• 2.3 三相异步电动机在不同坐标系上的数学模型
• 2.3.1 三相异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型
• 2.3.2 三相异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型
• 2.3.3 三相异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
• 2.4 磁场定向和矢量控制的基本控制结构
• 2.4.1 按转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统
• 2.4.2 转子磁链实时观测的重要性
• 本章小结
• 第三章 模型参考自适应法
• 3.1 自适应方法
• 3.2 模型参考自适应法的原理
• 3.3 模型参考自适应法的优点
• 本章小结
• 第四章 转子磁链观测器的设计
• 4.1 开环转子磁链观测器
• 4.1.1 电流模型法
• 4.1.2 电压模型法
• 4.1.3 两相旋转坐标系中的转子磁链观测模型
• 4.2 闭环方式转子磁链观测器
• 4.2.1 降阶闭环转子磁链观测器
• 4.2.2 基于龙贝格状态观测器理论的异步电动机全阶状态观测器
• 4.3 基于模型参考自适应法设计的转子磁链观测器
• 4.3.1 基于模型参考自适应法的转子磁链观测器结构
• 4.3.2 基于模型参考自适应法的转子磁链观测器数学模型
• 4.3.3 基于模型参考自适应法的转子磁链观测器的实时性分析
• 本章小结
• 第五章 MRAS 法转子磁链观测器的性能分析
• 5.1 SIMULINK 环境
• 5.2 转子磁链观测器的实现
• 5.2.1 基于电流模型法的转子磁链观测器
• 5.2.2 基于电压模型法的转子磁链观测器
• 5.2.3 基于模型参考自适应法的转子磁链观测器
• 5.3 矢量控制系统模型
• 5.4 基于模型参考自适应法的转子磁链观测器性能分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢