直接转矩控制系统无速度传感器速度辨识的研究

论文摘要

近30年来,异步电动机直接转矩控制以其简洁明了的系统结构,优良的静、动态性能,得到了极大的发展。它在定子坐标系下计算和控制交流电动机的转矩,采用定子磁场定向控制,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制。转速对于交流电机的间接矢量控制以及其它速度闭环控制都是必不可少的信息。采用速度传感器获得转速不仅增加了控制系统的成本,存在安装与维护上的困难,并且降低了系统的可靠性和鲁棒性。理论上可以通过测量电机的终端电压和电流来获得转速,从而实现无速度传感器控制,本文对无速度传感器速度估算算法进行了研究,解决上述传感器带来的问题。本文的重点是对异步电机直接转矩控制系统的设计、定子磁链观测器的设计、无速度传感器的设计、无速度传感器直接转矩控制系统仿真的研究。交流异步电机的数学模型是对其分析研究的基础,本文首先建立了交流异步电机在静止坐标系中的动态数学模型,并给出了等效电路;给出了电压空间矢量下逆变器的模型,分析了电压空间矢量对定子磁链和电动机转矩的影响,并在此基础上给出了转矩滞环与磁链滞环的控制图,确定了电压矢量开关选择表;其次,分析了目前传统的异步电机定子磁链观测方法,分别采用加入低通滤波器的磁链观测器、带有相位和幅值补偿的磁链观测器对传统算法进行改进;再次,着重研究模型参考自适应控制算法(MRAS),采用基于神经网络的模型参考自适应法对传统速度观测器进行改进。最后,通过matlab仿真软件建立了异步电机仿真模型,采用改进的定子磁链观测器,对直接转矩控制系统进行了仿真,并加入改进的模型参考自适应模块对系统进行了仿真,验证了所提方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 直接转矩控制理论的提出与发展
• 1.3 无速度传感器技术的发展
• 1.3.1 动态速度估计器
• 1.3.2 卡尔曼滤波速度辨识算法
• 1.3.3 转子齿谐波法
• 1.3.4 滑模观测器法
• 1.3.5 模型参考自适应法
• 1.3.6 转速自适应观测器
• 1.3.7 基于人工神经网络的速度估计器
• 1.3.8 无速度传感器技术在直接转矩控制系统中的应用
• 1.4 目前存在的问题及本文所做工作
• 1.4.1 目前存在问题
• 1.4.2 本文所作工作
• 第2章 直接转矩控制基本原理
• 2.1 异步电机的数学模型
• 2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 2.1.2 两相静止坐标系下的数学模型
• 2.1.3 异步电机在空间矢量下的数学模型
• 2.2 逆变器的开关状态和电压状态
• 2.3 电压空间矢量
• 2.3.1 电压空间矢量对定子磁链的调节
• 2.3.2 电压空间矢量对转矩的调节
• 2.3.3 磁链空间位置的判断和开关状态的选择
• 2.4 直接转矩控制的基本结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 异步电机定子磁链观测器的研究
• 3.1 传统的定子磁链观测模型
• 3.2 改进的定子磁链观测模型
• 3.2.1 加入低通滤波器的u-i 模型
• 3.2.2 加入带有幅值和相位补偿的磁链观测器
• 3.3 本章小结
• 第4章 无速度传感器速度估算算法研究
• 4.1 转速的基本辨识算法
• 4.2 模型参考自适应法
• 4.2.1 基于转子磁链模型的 MRAS 转速观测
• 4.2.2 基于反电势模型的MRAS 转速观测
• 4.2.3 基于交互式的MRAS 转速观测
• 4.2.4 以转子磁链为基础对参考模型的改进
• 4.3 基于神经网络的模型参考自适应转速辨识
• 4.3.1 双层线性人工神经网络
• 4.3.2 转速估计原理
• 4.3.3 学习算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 仿真模型的建立与结果分析
• 5.1 异步电机直接转矩控制系统仿真模型的建立
• 5.1.1 异步电机模型的建立
• 5.1.2 定子磁链观测模型
• 5.1.3 磁链与转矩滞环调节模块的建立
• 5.1.4 逆变器模型的建立
• 5.2 无速度传感器直接转矩控制系统仿真与分析
• 5.2.1 基于神经网络的MRAS 速度观测模块
• 5.2.2 系统低速起动过程的仿真研究
• 5.2.3 系统高速起动过程的仿真研究
• 5.2.4 系统转速突变的仿真研究
• 5.2.5 系统负载扰动的仿真研究
• 5.3 仿真结论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要