无速度传感器直接转矩控制系统设计与研究

论文摘要

直接转矩控制法强调对电机转矩进行直接控制,在很大程度上克服了矢量控制的计算复杂性及易受参数变化影响的缺点,实现了交流调速控制质的飞跃。无速度传感器技术是直接转矩控制中一个重要的方向,其思想是利用检测的定子电压、电流等易测量的物理量进行速度估计以取代速度传感器,而自适应速度观测器是转速辨识中最常用的方法。无速度传感器直接转矩控制以其简单的控制理念受到了广泛的关注,但是此方法仍然存在不少问题,比如：定子磁链的精确估算；定子电阻值的实时检测；低速时转矩的严重脉动等。本文针对现有的问题,做了两个方面的研究与仿真验证。首先,对于广泛使用的自适应速度观测器中增益矩阵G的选择,普遍的做法是将观测器的极点配置成电机极点的倍数,计算出G的表达式,再确定大小。在本文中,引入了线性矩阵不等式,通过分析其原理,将保证状态观测器稳定的李雅普诺夫不等式转化成线性矩阵不等式,进而根据解线性矩阵不等式的方法解出具体的矩阵G值,取代通常使用的零矩阵,使得反馈增益矩阵G的作用名至实归。其次,当使用具有幅值限制的积分器来估算定子磁链值时,积分器的截止频率是一个固定值,而实际应用中电机转速变化幅度很大,系统的各参量不断变化,这里将积分器的截止频率值随系统状态的改变而改变,在线实时调节。本文通过仿真验证了在这种方案下,定子磁链值的估算更加精确,电机转速输出也更加稳定。为提高系统运行的性能,本文使用模糊PI调节器取代一般的速度调节器,PI参数根据不同状态取不同的值,灵活性更强,并且可以减小参考转矩的脉动。通过综合考虑各种策略,构建了一套完整的无速度传感器直接转矩控制系统,并使用仿真软件验证系统在各种工作条件下的运行效果,表明该控制方案的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 矢量控制与直接转矩控制
• 1.2 国内外无速度传感器技术的研究现状
• 1.3 无速度传感器直接转矩控制系统的几个关键问题
• 1.4 论文的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 基本直接转矩控制系统仿真模型的建立
• 2.1 异步电机数学模型
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 电机的数学模型
• 2.2 异步电动机模型的建立
• 2.3 直接转矩控制系统
• 2.3.1 逆变器与电压空间矢量
• 2.3.2 转矩与电压空间矢量
• 2.3.3 系统仿真模型与各子模块
• 2.3.4 仿真结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 新型自适应观测器与感应电机转速辨识
• 3.1 基于极点配置的无速度传感器系统的构成
• 3.1.1 全阶自适应状态观测器
• 3.1.2 李雅普诺夫稳定性理论
• 3.1.3 速度估计方案与增益矩阵G的选取
• 3.1.4 感应电机转速辨识仿真结果
• 3.2 新型异步电动机转速辨识方案
• 3.2.1 线性矩阵不等式
• 3.2.2 李雅普诺夫不等式转化
• 3.2.3 仿真测试结果
• 3.3 本章小结
• 4 基于截止频率变化的定子磁链观测器
• 4.1 u-i积分器在直接转矩控制系统中的应用
• 4.1.1 u-i模型
• 4.1.2 积分初值带来的误差
• 4.1.3 直流偏移带来的误差
• 4.2 具有幅值限制的改进型积分器原理
• 4.2.1 改进型积分器原理
• 4.2.2 仿真测试结果
• 4.3 截止频率可调的改进型积分器
• 4.3.1 原理分析
• 4.3.2 仿真测试结果
• 4.4 本章小结
• 5 系统仿真测试
• 5.1 总体方案设计
• 5.1.1 系统中关键问题
• 5.1.2 系统框架图
• 5.1.3 工作原理
• 5.2 模糊PI速度调节器
• 5.3 系统仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢