基于全阶磁链观测器的感应电机矢量控制系统的研究

论文摘要

本文以感应电机为控制对象,以二极管箝位式三电平拓扑结构为平台,研究了基于全阶磁链观测器的感应电机转速估算方法和电机参数辨识方法。通过理论分析、仿真验证和实验研究,对感应电机的矢量控制方法进行了深入研究。首先,本文介绍了二极管箝位式三电平拓扑结构和SVPWM算法原理；分析了二极管箝位式三电平逆变器的开关状态和开关矢量；给出了控制系统数字化实现时参考矢量所在扇区的判断、开关矢量的选择,以及开关矢量作用时间的计算方法。其次,引入感应电机在三相静止坐标系和同步坐标系下的数学模型,阐述了间接转子磁场定向的基本原理；通过对感应电机数学模型的分析,设计了全阶状态观测器,并给出了基于Lyapunov稳定性定理的转速自适应律和转子时间常数自适应律的假设条件和推导过程；分析了观测器特征根随转速升高的变化情况,并对离散化后的观测器模型进行了稳定性分析,绘制出了引入反馈增益矩阵后的观测器的根轨迹,并对特征根进行配置。然后,介绍了用Matlab/Simulink仿真软件搭建的基于全阶磁链观测器的无速度传感器和电机参数辨识系统的仿真模型；基于仿真模型,进行了大量仿真实验,结果表明：设计的无速度传感器系统具有很好的动态响应和稳态精度,估算转速能很好的跟踪实际转速,对系统的负载变化有较好的鲁棒性；设计的电机转子时间常数辨识系统在一定条件下能够进行准确的估算。最后,在以TMS320F28335和EPM570为控制核心的硬件控制电路、二极管箝位式三电平逆变器的试验平台上,对基于全阶磁链观测器实现的无速度传感器控制系统的控制算法进行了相应的实验验证；对系统的仿真结果和实验结果进行了分析和总结,并对下一步的工作研究提出了建议和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 二极管箝位式三电平逆变器的研究现况
• 1.3 无速度传感器发展概述
• 1.4 感应电机参数辨识概述
• 1.5 本文研究的目的及主要内容
• 第2章 二极管箝位式三电平逆变器调制方法的研究
• 2.1 二极管箝位式三电平逆变器
• 2.1.1 拓扑结构
• 2.1.2 开关状态
• 2.2 三电平空间电压矢量控制
• 2.2.1 三电平基本空间矢量
• 2.2.2 电压矢量的选择
• 2.2.3 参考电压矢量所在扇区判断
• 2.2.4 矢量作用时间的计算
• 2.2.5 驱动信号的生成
• 2.3 三电平逆变器的SVPWM算法仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 感应电机磁场定向控制的理论基础
• 3.1 磁场定向控制的基本原理
• 3.2 感应电机基于磁场定向的数学模型
• 3.2.1 两相静止坐标系下的数学模型
• 3.2.2 同步旋转坐标系下的数学模型
• 3.2.3 间接转子磁场定向的控制算法分析
• 3.3 基于全阶磁链观测器的磁场定向控制系统
• 3.3.1 模型参考自适应系统的基本结构
• 3.3.2 全阶自适应磁链观测的矢量控制的原理
• 3.3.3 基于Lyapunov稳定性定理的转速自适应律推导
• 3.3.4 离散全阶磁链观测器分析与设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于全阶磁链观测器的三电平矢量控制系统仿真
• 4.1 基于全阶磁链观测器的无速度传感器矢量控制系统仿真
• 4.1.1 基于全阶磁链观测器的无速度传感器矢量控制系统仿真模型
• 4.1.2 仿真结果分析
• 4.2 感应电机基于全阶磁链观测器的电机参数辨识系统仿真
• 4.2.1 感应电机基于全阶磁链观测器的电机参数辨识系统仿真模型
• 4.2.2 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 控制系统的硬件设计
• 5.2 基于全阶磁链观测器的三电平控制系统的实验
• 5.2.1 SVPWM实验
• 5.2.2 无速度传感器矢量控制系统的实验
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢