基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统研究

论文摘要

感应电机矢量控制的变频调速系统由于其优异的调速性能及高效节能的优点而被广泛使用。但在变频调速系统中,安装速度传感器将会引起系统鲁棒性降低、成本增加及不能在高温、高湿的环境下工作等一系列问题。因此无速度传感器的研究成为目前研究的一个热点。同时,模糊控制作为智能控制中较成熟的理论,具有鲁棒性强、动态性能好等优点,适合应用于多参数的系统中。论文在感应电机矢量控制的基础之上,采用基于反电势的模型参考自适应模型(MRAS)估算转速;并设计了模糊控制器用于速度闭环调节,从而建立基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统,并对系统进行深入的分析和研究。首先,论文给出感应电机转子磁场定向矢量控制的数学模型,在对MRAS的基本结构及原理进行分析的基础之上,给出转子磁链MRAS模型估算转速。对速度估算模型进行改进,得到不包含积分环节的反电势MRAS模型。设计具有二维输入变量的模糊控制器用于速度闭环调节,建立基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统。然后,论文对模糊控制器中输入变量维数、输入输出量化因子及模糊子集个数的选择对控制系统的影响进行了分析与仿真验证。针对模糊控制器稳态性能差的问题,将PI调节规律引入到模糊控制器中,经仿真验证,模糊控制器的稳态精度提高。论文对采用估算速度闭环及采用模糊控制器进行速度闭环调节的矢量控制系统整体性能进行了分析,经仿真验证:转速估算具有较好的动态性能和稳态精度;采用模糊控制器后,速度响应具有较好的动态性能及稳态精度,抗扰动能力加强。最后,构建了以Infineon公司生产的XC167CI单片机为控制器的感应电机矢量控制系统实验平台,实现了基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制。在进行了大量实验的基础之上,对系统性能进行了分析和研究。通过对实验结果的分析,验证了基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统具有较好的动态性能和稳态精度,同时系统的抗扰动能力增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及目的意义
• 1.2 感应电机无速度传感器矢量控制的发展现状
• 1.3 模糊控制技术
• 1.3.1 模糊控制技术及其发展现状
• 1.3.2 模糊控制在电机控制中的应用
• 1.4 论文的主要内容及章节安排
• 第2章 基于模糊控制的感应电机矢量控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 感应电机转子磁场定向下的数学模型
• 2.3 转子转速辨识
• 2.3.1 模型参考自适应的结构与原理
• 2.3.2 基于MRAS 的转速估算
• 2.3.3 转速辨识的改进措施
• 2.4 模糊控制器设计
• 2.4.1 模糊控制系统
• 2.4.2 输入量的量化、模糊化及隶属度函数
• 2.4.3 规则表及模糊推理
• 2.4.4 反模糊化
• 2.4.5 模糊控制的过程描述
• 2.5 基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统仿真
• 3.1 引言
• 3.2 系统仿真平台的搭建
• 3.3 模糊控制器的参数整定
• 3.3.1 输入变量维数的选择
• 3.3.2 输入输出量化因子的选择
• 3.3.3 模糊子集个数的选择
• 3.4 模糊控制器稳态性能的改善
• 3.5 基于模糊控制的无速度传感器矢量控制系统仿真研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于模糊控制的无速度传感器感应电机矢量控制系统实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统硬件平台设计
• 4.2.1 系统硬件平台结构
• 4.2.2 基于XC167CI 单片机的控制系统
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 软件开发环境
• 4.3.2 系统主程序设计
• 4.3.3 模糊控制器程序设计
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢