无速度传感器异步电动机直接转矩控制的研究

论文摘要

随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展,各类电机控制技术不断得到发展。其中直接转矩控制技术(DTC)作为继矢量变换控制之后又一项新型的现代交流调速控制技术,其思路是把交流电机与逆变器看作一个整体对待,采用空间电压矢量分析方法进行计算,免去了矢量变换的复杂计算。控制系统具有结构简单,鲁棒性强、静动态性能好、便于实现全数字化等到优点,所以得到了越来越广泛的重视。本论文详细研究了异步电动机的数学模型,并根据传统直接转矩控制存在的缺点以及对电动机调速性能的要求,改变对定子磁链的调节方式,使定子磁链轨迹近似为一圆形,对转矩采用三值调节器进行调节,以实现转矩的快速调节。为了验证本文所设计的异步电动机直接转矩控制系统的可行性和有效性,本文利用MATLAB/SIMULINK仿真工具完成六边形定子磁链轨迹和圆形定子磁链轨迹这两种直接转矩控制系统的仿真试验,并结合直接转矩控制的算法,通过改变控制系统中直接影响异步电动机性能的转矩滞环调节器及其参数,分析参数的改变对异步电动机运行性能的影响。无速度传感器转速估算是现代交流传动研究中的一个重要方向,自适应观测器是无速度传感器技术中最常用的方法。无速度传感器控制系统利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算,以取代速度传感器,提高控制系统的可靠性,降低成本。无速度传感器的异步电机控制对定子电阻的变化非常敏感,尤其是在低速的时候。本课题探讨了无速度传感器直接转矩控制系统中速度辨识的几种方法和途径,即卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、神经网络速度辨识法,对这几种方法的优劣进行了比较。本文使用了一种新颖的方法,基于反电动势模型参考自适应的速度和定子电阻估算器相结合的方法,而这两者可以同时进行。估算器的稳定性可以通过选取适当的估算器的闭环极点来保证。对这种方法辨识转速进行了仿真研究,仿真结果表明这种转速辨识方法是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直流调速技术与交流调速技术的对比
• 1.2 交流调速技术的发展概况
• 1.3 交流调速控制策略
• 1.3.1 矢量控制技术
• 1.3.2 直接转矩控制技术
• 1.4 直接转矩控制技术的难点与热点研究方向
• 1.5 论文选题的意义和主要研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要内容
• 第二章 异步电机直接转矩控制的基本原理
• 2.1 异步电动机的数学模型
• 2.1.1 电压电流状态方程
• 2.1.2 磁链方程,转矩方程及运动方程
• 2.1.3 异步电动机空间矢量等效电路
• 2.2 3/2静止坐标变换
• 2.3 逆变器的数学模型与电压空间矢量
• 2.3.1 理想逆变器的数学模型
• 2.3.2 空间电压矢量
• 2.4 空间电压矢量对定子磁链及转矩作用
• 2.4.1 空间电压矢量对定子磁链的作用
• 2.4.2 空间电压矢量对电动机转矩的作用
• 本章小结
• 第三章 直接转矩控制系统基本结构
• 3.1 直接转矩控制系统的控制策略选择及结构
• 3.2 磁链的计算与调节
• 3.2.1 磁链的计算
• 3.2.2 磁链的调节
• 3.2.3 磁链空间位置的判断
• 本章小结
• 第四章 直接转矩控制系统低速性能研究
• 4.1 低速阶段存在的问题分析
• 4.1.1 有限的电压空间矢量对低速性能的影响
• 4.1.2 定子磁链观测对低速性能的影响
• 4.1.3 定子电阻对低速性能的影响
• 4.1.4 死区效应对低速性能的影响
• 4.1.5 采样周期对磁链和转矩脉动的影响
• 4.2 改善直接转矩控制系统低速性能的方法
• 本章小结
• 第五章 直接转矩控制中的无速度传感器技术
• 5.1 速度辨识方法概述
• 5.2 模型参考自适应法（MRAS）
• 5.3 转速与定子电阻估算器相结合
• 5.3.1 数学模型
• 5.3.2 稳定的MRAS速度估算器
• 5.3.3 稳定的MRAS定子电阻估算器
• 5.3.4 同时使用转速和定子电阻估算器
• 5.3.5 仿真
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢