论文题目: 变频驱动异步电动机最小损耗快速响应控制研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 崔纳新
导师: 张承慧
关键词: 变频调速,最小损耗,矢量控制,最优化方法,异步电机,效率,自抗扰控制,电动汽车
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 变频调速技术以其优良的调速性能、显著的节电效果和广泛的适用性已成为现代工业节能降耗、改善控制性能的一种重要手段。但是,无论采用普通压频比控制,还是高性能的矢量控制策略,当电机远离额定工作点运行时,特别是在轻载、低速工况下,其效率远不是最优的。近年来,随着国际能源形势日趋紧张以及人们对机电设备高性能化的要求不断提高,应用广泛的变频驱动异步电动机的最小损耗控制问题引起了人们的强烈关注。特别是随着电动汽车研究热潮的兴起,电动汽车对其异步电机变频驱动系统提出了更加苛刻的要求,不但要求损耗最小,而且要求响应速度快。实际上,同时满足这两方面的要求是相当困难的,迄今为止,还没有满意的解决方案,无论在理论上还是在实践上都存在不少值得探究的问题,特别是快速响应控制问题,目前国内几乎尚未开展这方面的研究。 对于诸如电动汽车这类对节能和动态控制性能都有较高要求的应用场合,实现其异步电机驱动系统的最优控制有三个关键问题:一是如何获取最优转子磁链,实现最小损耗控制;二是设计快速动态响应控制策略,避免因弱磁优化控制而引起的系统动态性能下降;三是设计高性能闭环控制策略,使系统在参数时变、磁链变化大和存在负载扰动等情况下仍具有优良的调速性能。本文以电动汽车电驱动系统为研究背景,综合运用最优化理论和电机控制理论深入研究了其最小损耗控制策略和快速响应控制策略,并应用自抗扰控制理论设计了高性能闭环控制器,通过大量的仿真和实验研究验证了这些新方法的有效性,得到了一些富有创新性的研究成果,为电动汽车电驱动系统效率最优控制提供了有效的解决方案。 本文首先讨论了变频调速及其控制技术、电动汽车电驱动系统及变频驱动异步电动机最小损耗控制的发展历史与研究现状,深入分析了近年来涌现出来的最小损耗控制策略,包括损耗模型控制、在线搜索控制和最小定子电流控制等策略的特点及其存在的不足,并指出了该领域目前的研究热点。 深入分析异步电动机损耗特性和考虑铁损的异步电机数学模型,建立了矢量控制变频驱动异步电机的损耗模型,导出了基于模型的最小损耗控制策略,揭示了最优磁链的变化规律。进而设计了基于TMS320LF2407A DSP和最小损耗控制策略的异步电机变频调速实验系统,完成了大量的实验研究,实验结果表明:在电机稳态运行时,应用最小损耗控制策略能获得满意的节能效果和控制性能,特别是在轻载高速情况下的节能效果更优于重载低速的情况。为了解决最小损耗控制精度受异步
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 变频调速及其控制策略概述
1.1.1 变频调速技术的发展历史及现状
1.1.2 变频调速控制策略及其发展
1.1.3 发展趋势
1.2 电动汽车对电驱动系统的要求
1.2.1 电驱动系统的构成
1.2.1.1 电动汽车用驱动电机
1.2.1.2 功率变换器
1.2.1.3 电驱动控制技术
1.2.2 电动汽车对电驱动系统的要求
1.3 异步电动机最小损耗控制技术的研究现状
1.3.1 最小损耗控制的研究意义
1.3.2 最小损耗控制的研究现状
1.3.2.1 损耗模型控制(LMC-Loss Model Control)
1.3.2.2 搜索控制器(SC-Search Control)
1.3.2.3 最小定子电流控制
1.3.3 目前的研究热点
1.4 本文研究背景与主要工作
1.4.1 研究背景
1.4.2 主要工作及章节安排
2 基于损耗模型的变频调速异步电动机最小损耗控制
2.1 引言
2.2 变频驱动异步电动机的损耗分析
2.2.1 PWM逆变器的损耗分析
2.2.2 异步电动机的损耗分析
2.3 变频驱动异步电机最小损耗控制原理
2.3.1 异步电机矢量控制基本原理
2.3.1.1 异步电动机的数学模型
2.3.1.2 两相同步旋转坐标系上的异步电机模型
2.3.1.3 磁场定向矢量控制策略
2.3.2 考虑铁损的异步电动机动态数学模型
2.3.3 异步电动机最小损耗控制原理
2.4 变频驱动异步电动机损耗模型的建立
2.4.1 考虑铁损时异步电动机等效电路
2.4.2 损耗模型的建立
2.5 最优磁链的选择和仿真研究
2.5.1 最优磁链的选择
2.5.2 仿真研究
2.5.2.1 考虑铁损时异步电动机的仿真模型
2.5.2.2 仿真结果
2.6 基于TMS320LF2407A DSP的实验研究
2.6.1 TMS320LF2407A芯片简介
2.6.2 MCK2407 Kit运动控制实验系统
2.6.3 实验结果及分析
2.7 参数变化对最小损耗控制的影响
2.7.1 转子电阻变化对最小损耗控制的影响
2.7.2 铁损等效电阻变化对最小损耗控制的影响
2.8 基于递推最小二乘算法的损耗模型参数在线辨识
2.8.1 问题描述
2.8.2 渐消记忆递归最小二乘辩识算法
2.8.3 仿真实验结果
2.9 考虑电机参数时变的最小损耗控制研究
2.10 小结
3 基于搜索法的变频调速异步电动机最小损耗控制研究
3.1 引言
3.2 基于梯度法的搜索控制器
3.2.1 梯度法在搜索控制中的应用
3.2.2 仿真研究
3.3 基于黄金分割法的搜索控制器
3.3.1 黄金分割算法
3.3.2 仿真研究
3.4 损耗模型控制器与在线搜索控制器的比较分析
3.4.1 对比实验研究
3.4.2 实验结果分析
3.5 改进的黄金分割法搜索控制器
3.5.1 改进的黄金分割法
3.5.2 实验验证
3.6 混合最小损耗控制器
3.6.1 混合最小损耗控制策略
3.6.2 仿真研究
3.6.3 实验研究
3.7 小结
4 异步电动机最小损耗快速响应控制研究
4.1 引言
4.2 基于动态电流分配的快速响应控制
4.2.1 动态电流分配原则
4.2.2 仿真研究
4.2.3 实验研究
4.3 转矩动态控制性能分析
4.4 直接合成电压矢量的快速响应控制策略
4.4.1 电压空间矢量分析
4.4.2 电压空间矢量的选择与合成
4.4.3 快速响应控制策略
4.5 仿真研究
4.6 小结
5 最小损耗控制变频驱动系统的自抗扰控制
5.1 引言
5.2 自抗扰控制理论
5.2.1 非线性跟踪-微分器(TD)
5.2.2 扩张状态观测器(Extend State Observer，ESO)
5.2.3 非线性反馈
5.2.4 自抗扰控制器的一般结构
5.3 异步电机变频驱动系统的自抗扰控制
5.3.1 异步电机数学模型分析
5.3.2 自抗扰控制器的结构设计
5.3.3 自抗扰控制器的离散算法
5.4 实验研究
5.4.1 自抗扰控制器的参数自整定
5.4.2 实验结果及分析
5.5 小结
6 结论与展望
6.1 主要创新与结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间完成的论文及承担或参加的科研课题
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
- [1].电缆接头内部缺陷下的电磁—热—力特性及表征方法研究[D]. 程鹏.重庆大学2016
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