论文摘要
异步电动机具有转子结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜等特点,在工业领域中广泛应用。其作为电能转换为机械能的主要设备,在实际应用中,控制目的:一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是要根据机械的工艺要求精确地调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高劳动生产率和节约电能有着直接的影响。随着半导体技术的快速发展以及准确的异步电动机数学模型和各种先进控制策略的提出,使电动机的控制技术有了极大的进步;各种精度高、调速范围宽、控制性能好的异步电动机控制器也被大量生产出来,交流传动己经占领变速传动领域的主导地位。基于转子磁场定向的矢量控制(FOC)和基于定子磁链观测的直接转矩控制(DTC)是目前高性能异步电动机调速系统中两种主要控制的策略。论文对这两种控制策略的发展、现状和趋势进行了综述。研究和工程实践表明,这两种方法各有优缺点,国内外很多学者相应的提出了各种方案,试图改进和完善这两种控制方法,并已取得很多研究成果;但是这些方案一方面增加了系统的复杂程度,在工程中的实用性尚有待检验;另一方面也可能会影响到系统原有的一些良好特性。本文为了发挥FOC和DTC的长处,克服各自的不足,提出了一种将这两种控制方式有机结合在一起的切换控制方法;允许用户根据系统实际工况的不同需要,在线地灵活地切换到合适的控制策略,满足生产的要求。论文研究的着眼点立足于FOC和DTC在线切换时避免系统出现剧烈的振荡,保持切换的平滑过渡性。论文主要完成了以下工作:(1)首先,对异步电动机数学模型进行研究,阐述了坐标变换的基本理论,并完成了坐标变换在Matlab/Simulink中的模块化设计;其次重点分析异步电动机在两相坐标系上的数学模型,在此基础上引出异步电动机矢量控制和直接转矩控制系统的工作原理,得到FOC和DTC控制系统的各自实现结构图。(2)为了保证控制系统的高性能化,必须对电动机参数进行实时估计;在异步电动机数学模型和矢量变换理论研究的基础上,对参数估计系统进行分析推导,得出定子电阻、转子电阻和转子自感参数的估计算法,接着用劳思赫尔维茨判据对参数估计系统的控制器增益进行合理选择以保证估计系统的收敛性和稳定性。并用仿真来验证本文所提的MIMO自适应参数估计算法。(3)磁链观测器方面,在兼顾性能与复杂程度的条件下,分别完成了定子磁链和转子磁链的自适应磁链观测器设计,其原理为各自磁链的电压模型与电流模型根据电动机实际运行速度自动进行转换;并对磁链模型之间的转换过程进行分析。(4)利用Matlab/Simulink软件,在前序章节研究基础上采用模块化的方法依据矢量控制与直接转矩控制的实现结构框图,搭建出异步电动机矢量控制系统与直接转矩控制系统的仿真平台,并对两者进行了对比仿真实验。对FOC和DTC控制技术和各自适用的工况进行比较分析,形成FOC和DTC切换控制的基本思路;在研究FOC和DTC相互切换时系统状态出现波动现象的基础上,提出解决方法——根据前一控制策略的系统状态由一定对应关系,在切换瞬间给PI控制器的输出值进行重设;最后用仿真验证了论文所提算法的有效性。
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标签：异步电动机论文; 矢量控制论文; 直接转矩控制论文; 切换控制论文; 劳思判据论文; 参数估计论文; 磁链观测器论文;