异步电动机在线参数辨识及自适应控制策略的研究

论文摘要

本文从实际应用出发,针对异步电动机的高阶、强耦合、参数时变的非线性模型做研究。完整提出了基于最小二乘法的电机离线辨识方法,及直流注入下的在线辨识方法,并给出了全套解决方案。先后完成了两相静止坐标系下电机模型的推导,算法的MATLAB仿真,和数字控制系统的软件编制。本文首先阐述了矢量控制的基本理论、三相异步电动机的动态数学模型、坐标变换以及基于转子磁链定向的矢量控制方系统。然后根据电机在两相静止坐标系下的状态方程推导出电机数学模型最小二乘法的形式,通过对电机注入一定频率和幅值的M序列。运用最小二乘法辨识出电机的定子、转子的电阻,自感及互感。最后在电机在线运行过程中,注入正负直流分量的方法,计算出电机的定子电阻,根据电机的三个参数和电机在两相同步旋转坐标系下的方程求得电机在线状态下的转子电阻。经过长期的实验得到数据,并和西门子变频器相比较找到这种方法的优缺点。在实验中搭建了一套基于美国TI公司的数字信号处理器DSP2812的电机控制实验平台。基于C语言的易读性和易移植性,本方案完全采用C语言编程,并仿照TI的风格将其实现模块化便于在各个框架下移植。并且在所有实验过程中,得到真实、可靠的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 2 三相异步电动机的数学模型与矢量控制
• 2.1 三相异步电动机的动态数学模型
• 2.1.1 电压方程
• 2.1.2 磁链方程
• 2.1.3 转矩方程
• 2.1.4 运动方程
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 三相-两相变换
• 2.2.2 两相-两相旋转变换
• 2.3 三相异步电动机在两相坐标下的数学模型
• 2.3.1 两相静止坐标系下的数学模型
• 2.3.2 两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.4 矢量控制
• 2.4.1 矢量控制的基本原理
• 2.4.2 按转子磁链定向的矢量控制
• 2.5 本章小结
• 3 异步电机离线参数辨识
• 3.1 引言
• 3.2 电机模型
• 3.3 巴特沃兹滤波器的设计及其离散化
• 3.3.1 三阶巴特沃兹滤波器的设计
• 3.3.2 基于改进欧拉法的离散化
• 3.4 最小二乘法实现
• 3.5 算法实现的流程
• 3.6 实验结果及分析
• 3.6.1 激励信号的选择
• 3.6.2 硬件滤波器设计
• 3.6.3 电压估计
• 3.6.4 实验数据及波形
• 3.8 DSP编程
• 3.9 本章小结
• 4 异步电机在线参数辨识
• 4.1 定子电阻在线辨识
• 4.2 转子电阻在线辨识
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 5 电机转动惯量辨识
• 5.1 辨识转动惯量基本原理
• 5.2 电机模型
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 系统的硬件和软件设计
• 6.1 引言
• 6.2 硬件构成
• 6.3 软件构成
• 6.3.1 主程序的设计
• 6.3.2 中断服务子程序的设计
• 6.3.3 人机界面的设计
• 6.4 本章小结
• 7 附录
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢