矩阵变换器供电的感应电机矢量控制系统研究

论文摘要

矩阵变换器具有极高的功率密度、优异的输入输出特性且能量可自然双向流动,非常适用于舰艇、车辆、航空航天等对装置体积、重量、谐波要求严格的场合。将矩阵变换器用于感应电机矢量控制系统中,可以结合矢量控制和矩阵变换器的优点,实现高性能的调速。本文首先对矩阵变换器的控制策略,包括空间矢量调制策略和基于过渡区间的电压型两步换流策略进行了介绍;然后推导了感应电机的数学模型,分析了以转子磁链定向的双闭环矢量控制系统的基本原理,得到了矩阵变换器供电的感应电机矢量控制系统的控制框图。其次,通过空载和短路实验,测定了感应电机较为精确的参数;在此基础上,推导了感应电机矢量控制系统数学模型,采用根轨迹设计法和频率响应法设计了电流环调节器、磁链环调节器和转速环调节器的参数,重点分析了定子电流环反馈解耦控制策略,指出反馈解耦具有更好的动态解耦特性;在Matlab/Simulink环境下建立了感应电机矢量控制的仿真模型,仿真验证了所采用的定子电流环反馈解耦优于前馈解耦控制、矢量控制策略的有效性以及系统性能。然后,对感应电机转子磁链观测器进行了分析,设计了一种电压-电流混合模型闭环磁链观测器,分析了该模型对转子电阻参数变化的敏感度以及抑制直流偏置信号的能力;在此基础上,采用了基于感应电机状态方程的转速辨识方法,重点分析了数字化实现时转速辨识周期的选择问题,并通过实验验证了该方法的有效性。最后,介绍了感应电机矢量控制系统的硬件平台和控制系统的软件设计,并在实验平台上进行了大量实验,验证了本文所设计控制器的有效性和调速系统的动态、稳态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 矩阵变换器以及感应电机矢量控制基本原理
• 2.1 矩阵变换器的基本原理
• 2.2 感应电机数学模型
• 2.3 本章小结
• 3 感应电机参数测定和矢量控制系统控制器设计
• 3.1 感应电机参数测定
• 3.2 基于反馈解耦的定子电流调节器
• 3.3 磁链环调节器的设计
• 3.4 转速环调节器的设计
• 3.5 矢量控制系统的仿真
• 3.6 本章小结
• 4 感应电机磁链观测器及转速辨识的研究
• 4.1 感应电机转子磁链观测器的研究
• 4.2 无速度传感器矢量控制的转速辨识
• 4.3 本章小结
• 5 感应电机矢量控制系统的硬件平台和实验研究
• 5.1 矢量控制系统的硬件实验平台
• 5.2 控制系统的软件设计
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 感应电机参数测定实验数据
• 附录2 硕士学位期间发表的论文