异步电机按定子磁链定向的连续型矢量控制策略的研究与实现

论文摘要

由于工作原理和材料结构上的原因，异步电机的转子侧参数易变难测，因此所有建立在异步电机动态数学模型基础之上并且利用转子侧参数进行控制的调速系统都或多或少地受到转子参数变化的影响，例如广泛采用的按转子磁链定向的（RFO）矢量控制系统。采用定子磁链控制的传统直接转矩控制（DTC）虽然能有效提高控制系统的鲁棒性，但由于磁链和转矩砰—砰控制器的使用，低速性能不佳。因此，如何综合RFO和DTC系统之所长，弥补各自的主要不足，使得控制系统具有静／动态性能好、鲁棒性强、调速范围大，这是值得研究的方向。本文根据异步电机的动态数学模型，提出新型的SFO矢量控制系统，在保持较高动态性能的基础上，克服了转子电阻和各项电感参数对调速系统性能的影响。研究的主要内容有：1．研究和分析了不同状态变量描述的异步电机的动态数学模型，指出依据不同数学模型导出的控制算法在鲁棒性上的异同。2．对砰—砰控制的机理和实质加以论述，通过分析和仿真说明，无论是电流、磁链或是转矩的砰—砰控制都将引起转矩的脉动。3．提出异步电机按定子磁链定向的电压矢量控制方法，使得控制系统在较高动态性能的前提下，避开转子电阻和各项电感参数，提高了系统的鲁棒性，并指出该方案的局限性。4．提出异步电机按定子磁链定向的转差型矢量控制方案，通过闭环构造转差频率信号，在保持按定子磁链定向的电压矢量控制优点的基础上，进一步提高了控制系统的动态性能。5．研究和实现了基于微处理器的M/T法测速，具有可靠性好、适用的调速范围大、抗干扰能力强的优点。6．对现有U-I磁链观测法的优缺加以分析，采用一种新型、实用的定子磁链控制方案。7．对功率器件的死区、管压降和开/关延时的效应加以理论分析，给出相应的对策并取得了较好的效果。8．对开关—线性复合技术在交流调速系统中的应用加以实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 交流异步电动机的数学模型和控制策略
• 1.2.1 稳态数学模型和调速方法
• 1.2.2 异步电动机的动态数学模型及其特点
• 1.2.3 基于动态数学模型的控制策略
• 1.2.4 基于动态数学模型控制策略的分析和比较
• §1.3 研究背景和主要工作
• 第二章 坐标变换原理及现有的按定子磁链定向控制
• §2.1 引言
• §2.2 坐标变换的原理和物理意义
• 2.2.1 采用二相异步电机数学模型的必要性
• 2.2.2 三相/-相坐标变换
• 2.2.3 旋转坐标变换及在二相静止坐标系上的数学模型
• 2.2.4 任意旋转变换及在二相任意旋转坐标系的数学模型
• 2.2.5 按定子磁链定向的数学模型及其特点
• §2.3 按定子磁链定向控制策略中国内、外的研究成果
• 2.3.1 直接转矩控制的ISR方法
• 2.3.2 基于定子电流解耦补偿的控制方案
• 2.3.3 按定子磁链定向的电流矢量控制方案
• 2.3.4 进一步的研究方向
• §2.4 本章小结
• 第三章 按定子磁链定向连续型矢量控制策略
• §3.1 引言
• §3.2 异步电机按定子磁链定向的电压矢量型控制策略
• 3.2.1 转速和磁链控制方式的分析
• 3.2.2 磁链和转矩通道控制器的设计
• 3.2.3 按定子磁链定向的电压矢量型控制系统的实现
• §3.3 按定子磁链定向的转差型矢量控制
• 3.3.1 现有的两种转差频率控制策略
• 3.3.2 按定子磁链定向时转差频率信号的构造
• 3.3.3 按定子磁链定向的转差频率控制系统的实现和特点
• §3.4 RFO和SFO矢量控制系统的仿真分析
• 3.4.1 电机参数和主要的仿真参数
• 3.4.2 异步电机数学模型的仿真验证
• 3.4.3 按转子磁链定向矢量控制系统的仿真分析
• 3.4.4 按定子磁链定向矢量控制系统的仿真分析
• §3.5 本章小结
• 第四章 转速检测和定子磁链控制方案的研究
• §4.1 引言
• §4.2 数字测速
• 4.2.1 M法、T法和M/T法的测速原理和误差分析
• 4.2.2 基于TMS320F240的M/T法测速的实现与应用
• §4.3 异步电机定子磁链间接观测法的研究
• 4.3.1 I-n法观测定子磁链
• 4.3.2 U-I法观测定子磁链
• 4.3.3 U-I法观测误差的分析
• §4.4 U—I磁链观测法的改进
• 4.4.1 功率器件死区、开关延迟时间和管压降的补偿
• 4.4.2 定子电压的重构
• §4.5 新型定子磁链控制方案的研究
• §4.6 其他提高定子磁链观测精度的措施
• §4.7 本章小结
• 第五章 新型按定子磁链定向矢量控制系统的鲁棒性分析
• §5.1 引言
• §5.2 RFO和SFO矢量控制系统的鲁棒性分析
• §5.3 RFO和SFO矢量控制系统的仿真
• 5.3.1 RFO矢量控制系统的仿真
• 5.3.2 SFO矢量控制系统的仿真
• §5.4 本章小节
• 第六章 控制系统设计及实验结果
• §6.1 引言
• §6.2 控制系统的整体结构
• §6.3 实验系统的硬件结构和设计
• 6.3.1 主电路设计
• 6.3.2 控制电路
• §6.4 控制系统软件的设计
• 6.4.1 DSP软件框架及其功能简介
• 6.4.2 特色功能
• 6.4.3 上位监控程序及其功能
• §6.5 实验装置和实验结果分析
• §6.6 本章小结
• 第七章 开关—线性复合技术在交流调速系统中的应用
• §7.1 引言
• §7.2 SLH的工作原理和实现
• 7.2.1 SLH的基本构思
• 7.2.2 开关电路与线性电路的嫁接
• 7.2.3 电路实现
• 7.2.4 SLH技术的特点
• §7.3 SLH和PWM变频器在低频运行时的对比实验
• §7.4 SLH的应用场合和几点看法
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的学术论文