负载转矩观测器及其在交流电机反馈试验台中的应用研究

论文摘要

系统的运行特性取决于电机的输出转矩,在线实时准确的检测出电机的瞬时转矩,是掌握电机运行状态及实现高精度控制的关键,为此对电机的输出转矩的测量是非常重要的。转矩测量是各种机械设备产品研究测试分析等不可缺少的内容,同时也是现代化生产工艺环节中常见的控制参数,随着现代计算机技术的高速发展促使了仪器仪表的智能化,因此研究性能价格比高、性能稳定的转矩测试系统势在必行。本文用多采样率控制理论和扩展卡尔曼滤波器算法,在深入分析感应电机矢量控制系统的基础上,结合统一电机的数学模型,推导建立了两种适用于电机转矩的计算和在线估计的方法,用于观测电机的负载转矩。运用多采样率控制技术,首先得出计算感应电机的定子磁链的算法,通过磁链计算得到负载转矩;然后利用扩展卡尔曼滤波算法,将负载转矩作为电机的一个状态参数引入到感应电机的数学模型中,实施状态估计的方法得到电机的负载转矩。最后将多采样率控制理论与卡尔曼滤波算法相结合,推导了多采样率扩展卡尔曼滤波算法,并验证了该算法的有效性。交流电机反馈试验台采用直流能量反馈方式,使得整个试验系统具有较高能量利用率,能够利用小功率等级的电源进行大功率等级的试验研究,这是该系统最突出的优点。试验系统中的两台电机是同轴相连的,其中一台电机是模拟负载的作用。将扩展卡尔曼滤波算法得到负载转矩应用于交流电机反馈试验台,对电机转速、转矩和磁链的计,实现了对双电机联合控制,从而可以充分的利用反馈试验台优点的基础上实施对交流电机的控制研究。在理论分析的基础上,运用MATLAB/SIMULINK建立了系统模型进行计算机仿真。仿真计算的结果表明了论文所提出方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 交流调速国内外研究现状和趋势
• 1.3 多采样率理论研究现状
• 1.4 本论文的研究目的与意义
• 1.5 本论文的创新点与研究内容
• 第2章 感应电机矢量控制系统
• 2.1 坐标系与坐标变换
• 2.1.1 三相静止坐标系/两相静止坐标系变换
• 2.1.2 两相静止坐标系变换/两相同步旋转坐标系变换
• 2.1.3 三相坐标系/两相同步旋转坐标系变换
• 2.2 感应电机数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标系模型
• 2.2.2 两相静止坐标系模型
• 2.2.3 两相同步旋转坐标系模型
• 2.2.4 按转子磁场定向的两相同步旋转坐标系模型
• 2.3 按转子磁场定向的感应电机矢量控制基本原理
• 2.3.1 按转子磁场定向的异步电机矢量控制的控制方程式
• 2.3.2 按转子磁场定向的感应电机矢量控制基本结构
• 2.4 矢量控制系统仿真研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于多采样率理论的感应电机负载转矩计算
• 3.1 多采样率控制理论简介
• 3.2 输出多采样率数字控制系统
• 3.3 基于多采样率控制理论的转矩的计算
• 3.4 仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于扩展卡尔曼滤波算法的感应电机负载转矩的估计
• 4.1 扩展卡尔曼滤波器及其原理
• 4.1.1 卡尔曼滤波器的基本原理
• 4.1.2 扩展卡尔曼滤波的基本原理
• 4.2 基于扩展卡尔曼滤波的电机转子磁链和转速估计
• 4.2.1 感应电机数学模型
• 4.2.2 基于扩展卡尔曼滤波算法无速度传感器系统仿真研究
• 4.3 基于扩展卡尔曼滤波的感应电机转矩估计
• 4.3.1 感应电机状态方程
• 4.3.2 仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 多采样率扩展卡尔曼滤波算法研究
• 5.1 多采样率扩展卡尔曼滤波算法的推导
• 5.1.1 感应电机数学模型
• 5.1.2 输入多采样率扩展卡尔曼滤波算法
• 5.1.3 输出多采样扩展卡尔曼滤波
• 5.2 多采样率扩展卡尔曼滤波算法的仿真研究
• 第6章 负载转矩观测器在交流电机反馈试验台中的应用
• 6.1 交流传动试验台国内外发展简史
• 6.2 交流电机反馈试验台的原理
• 6.3 基于扩展卡尔曼滤波算法的交流反馈试验台
• 6.3.1 反馈试验台双电机联合模型
• 6.3.2 仿真研究
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文