带电机参数辨识的异步电机矢量控制系统研究

论文摘要

异步电机矢量控制是20世纪末期开始兴起的一种高性能的交流调速方法,但是其控制性能受电机参数影响,因此研究带参数辨识的矢量控制系统和电机电阻随温度的变化规律具有重要意义。本文从理论研究、算法设计、仿真验证和硬件实现等四个方面展开研究。论文首先分析了坐标变换的原理和异步电机的数学模型,研究了按转子磁链定向的的矢量控制系统,并建立了基于MATLAB/SIMULINK的异步电机矢量控制系统的仿真模型,分析了该系统的静态和动态性能。结合理论和仿真分析,进一步研究了电机参数变化对控制性能的影响,证明了参数辨识的必要性和重要意义。其次,研究了电机电阻自检测的方法。仿真表明该方法具有较高的准确性和可行性。研究了矢量控制系统的算法和带转子时间常数辨识矢量控制系统算法,并设计了转子时间常数观测器自适应算法,通过仿真验证了该算法具有准确和迅速的跟踪响应,能够随电机温度和磁场的变化改善矢量控制系统的性能。最后,针对一台2.2kW的异步电机实现了定、转子电阻的自检测,通过实验得到了定、转子电阻与温度的关系曲线,在室温已知的情况的可简化自检测过程,由温度曲线查询相应的冷态电阻值,确定矢量控制系统中电机参数初值。对转子时间常数失调的矢量控制系统进行了相关实验,结果表明在转子时间常数不准确的情况下,矢量控制系统的性能受到严重影响。实现了带转子时间常数辨识的矢量控制系统,实验表明该系统具有良好的静态和动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 交流调速发展概况
• 1.2 交流调速相关技术的现状
• 1.3 带参数辨识的矢量控制系统研究意义和现状
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 异步电机矢量控制系统的原理
• 2.1 坐标变换及变换矩阵
• 2.1.1 坐标变换的基本概念
• 2.1.2 三相-两相变换及两相-三相变换
• 2.1.3 两相-两相旋转变换
• 2.2 异步电机的数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 两相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.3 两相同步旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 矢量控制基本思想
• 2.3.1 矢量控制的基本思路
• 2.3.2 转子磁链定向下的电机模型
• 2.3.3 电压空间矢量脉宽调制原理
• 2.4 异步电机矢量控制系统仿真及分析
• 2.4.1 仿真模型
• 2.4.2 仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 转子时间常数失调对矢量控制系统影响
• 3.1 理论分析
• 3.1.1 对磁链的影响
• 3.1.2 对转矩的影响
• 3.1.3 对转速的影响
• 3.2 仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 带电机参数辨识的矢量控制系统研究及仿真
• 4.1 参数变化的因素
• 4.2 定子电阻与转子电阻自检测方法
• 4.3 转子时间常数自适应系统设计
• 4.3.1 自适应系统的原理
• 4.3.2 算法设计
• 4.4 定、转子电阻自检测的仿真
• 4.5 带转子时间常数自适应观测的矢量控制系统仿真
• 4.5.1 转子时间常数观测器的构建
• 4.5.2 带转子时间常数自适应的矢量控制系统实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 带电机参数辨识的矢量控制系统实现
• 5.1 交流调速实验平台介绍
• 5.1.1 主电路简介
• 5.1.2 控制电路简介
• 5.2 软件环境介绍
• 5.3 带参数辨识的矢量控制系统软件流程
• 5.3.1 数据预处理
• 5.3.2 定、转子电阻自检测软件流程
• 5.3.3 带转子时间常数辨识的矢量控制系统软件流程
• 5.4 不同温度下电机定、转子电阻自检测实验
• 5.4.1 电机冷态的定、转子电阻测量结果
• 5.4.2 温升对电阻的影响
• 5.5 转子时间常数失调的矢量控制系统性能分析
• 5.6 带转子时间常数辨识的矢量控制系统实现
• 5.7 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文