无速度传感器高性能感应电机速度控制研究

论文摘要

由于感应电机模型的多变量、非线性、强耦合特点，电机参数随温度变化等复杂现象，电机驱动系统中的一些速度控制方法难以获得预期效果。为了提高控制性能，人们对感应电机速度控制做了大量的研究，并提出了很多有效的速度控制方法。同时为了得到高性能的转速控制，采用速度闭环控制是必不可少的。然而在实际的应用中，电机参数的变化会极大地影响控制器性能，且感应电机的速度一般是由电机转速测量装置测量得到，速度传感器成了进一步提高系统性能的瓶颈。因此，在电机驱动系统中，如何提高系统的鲁棒性实现高性能控制，以及如何实现无速度传感器感应电机控制引起了国内外的关注。 本文将在改善控制系统性能和实现无速度传感器交流调速方面进行研究和探讨。首先给出了一些必要的背景知识来说明矢量控制和滑模控制的基本工作原理，以及感应电机的数学模型；然后依次探讨了： (1)基于反馈线性化的感应电机无速度传感器变结构滑模控制：在该控制策略中，提出了一种基于微分几何和反馈线性化的无速度传感器非线性滑模控制器；转子速度和转子磁通的瞬态性能通过选择线性参考模型的设计参数来调节；另外，基于电机模型的简单的观测器被提出用于转子磁通、转子速度和负载转矩的估计。通过仿真试验证明该控制策略具有快速的响应时间和好的跟踪性能；速度与磁通之间的完全解耦；对参数不确定的鲁棒性；并且磁通和速度观测系统也显示了其有效性，从而消除了速度传感器带来的麻烦。 (2)基于矢量控制的无速度传感器感应电机滑模速度控制器：利用变结构滑模控制策略与间接磁场定向控制技术相结合来设计速度控制器；同时，把矢量控制下的稳态关系应用到观测器系统中估计转子速度。通过仿真试验证明，该控制算法响应速度快，跟踪性能好，且具有很好的鲁棒性。而观测器系统结构简单、转速估计准确。

论文目录

• 原创性声明
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• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号注释
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 感应电机控制的发展与现状
• 1.2.1 矢量控制
• 1.2.2 直接转矩控制
• 1.2.3 滑模变结构控制
• 1.2.4 智能控制
• 1.3 速度辨识与估计方法综述
• 1.4 本文的内容安排
• 第二章 预备知识
• 2.1 引言
• 2.2 感应电机坐标变换
• 2.2.1 坐标变换约束条件
• 2.2.2 从三相到两相的静止坐标变换（3s/2s变换）
• 2.2.3 从两相静止到两相旋转的坐标变换（2s/2变换）
• 2.3 感应电机模型
• 2.3.1 感应电机的基本方程式
• 2.3.2 感应电机的状态模型
• 2.4 磁场定向矢量控制的原理
• 2.5 滑模变结构控制的原理
• 第三章 基于反馈线性化的感应电机无速度传感器变结构滑模控制
• 3.1 引言
• 3.2 模型描述
• 3.3 设计滑模控制器
• 3.3.1 转换系统
• 3.3.2 设计控制率
• 3.4 转子磁通和转子速度观测器
• 3.5 仿真结果
• 3.6 结论
• 第四章 基于矢量控制的无速度传感器感应电机速度滑模控制器
• 4.1 引言
• 4.2 感应电机转子磁通定向时基本方程式
• 4.3 磁通与速度观测器系统
• 4.4 滑模速度控制
• 4.5 稳定性分析
• 4.6 仿真结果
• 4.7 结论
• 第五章 基于电流估计的无速度传感器感应电机速度控制
• 5.1 引言
• 5.2 数学模型
• 5.3 控制策略
• 5.4 转子时间常数估计
• 5.5 稳定性分析
• 5.6 仿真结果
• 5.7 结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间完成的论文和参与的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表