感應(yīng)電機無速度傳感器控制的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電氣傳動系統(tǒng)作為電能和機械能的轉(zhuǎn)換核心，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事國防和社會生活的各個方面。在環(huán)境污染和能源危機的背景下，應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)對于提高生產(chǎn)生活水平、促進節(jié)能減排和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在查閱大量文獻和前人工作的基礎(chǔ)上，本文以變頻調(diào)速系統(tǒng)中成本低、可靠性高的無速度傳感器控制作為研究主題，選定以V/f控制和全階自適應(yīng)觀測器下直接轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制作為本論文的切入點和重點，并做了大量的相關(guān)理論分析以及仿真和實驗研究，提出了

2、一些具有創(chuàng)新意義的解決方案和重要觀點。
　　為了提高感應(yīng)電機V/f控制系統(tǒng)性能，主要從提高帶載能力、穩(wěn)態(tài)精度和振蕩抑制三方面進行研究。首先，建立了V/f控制算法下電機調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和小信號模型，用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性能。在此基礎(chǔ)上分析了各個電機參數(shù)對于系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響。然后提出一種適用范圍廣，參數(shù)敏感性小的抑制振蕩的方法。其次，基于矢量原理，建立了保持定子磁鏈不變的定子電阻壓降補償方法，這提升了V/f控制系統(tǒng)在低速下的帶載

3、能力。并在此基礎(chǔ)上，采用精確的轉(zhuǎn)差補償方案，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。此外還建立了推薦方法下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和小信號模型，分析推薦方法的電機參數(shù)對于系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度的影響。
　　為了設(shè)計高性能的全階自適應(yīng)觀測器下感應(yīng)電機無速度傳感器轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)，從控制器和觀測器兩部分分別進行研究設(shè)計。首先，建立精確的電流環(huán)、磁鏈環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的控制模型，并推導(dǎo)相應(yīng)的離散域傳遞函數(shù)。在這基礎(chǔ)上，提出了一種基于采樣頻率、期望帶寬和電機參數(shù)的轉(zhuǎn)子磁

4、鏈定向矢量控制調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)設(shè)計方法。該方法設(shè)計的PI參數(shù)適用于各種功率等級感應(yīng)電機，具有廣泛通用性。其次，應(yīng)用小信號注入的分析方法，建立了全階自適應(yīng)觀測器下磁鏈和轉(zhuǎn)速估算的小信號模型，從而分析兩種觀測器的穩(wěn)定和收斂性能。該小信號模型狀態(tài)方程可以準確地判斷出全階自適應(yīng)觀測器在低速發(fā)電區(qū)域的不穩(wěn)定區(qū)間。再次，提出在電機參數(shù)準確，反饋矩陣中沒有定子頻率時，設(shè)計全范圍穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的充分必要條件，并以此為基礎(chǔ)提出多種全范圍穩(wěn)定反饋矩陣。

5、在反饋矩陣設(shè)計時，本文還提出依據(jù)不同工作狀態(tài)切換不同的反饋矩陣的思路，以優(yōu)化轉(zhuǎn)速觀測系統(tǒng)的性能。此外，提出隨電機工作狀態(tài)變化的自適應(yīng)矩陣設(shè)計方法，進一步提高轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的動態(tài)性能。
　　為了設(shè)計在電機參數(shù)存在誤差的情況下能夠保持在低速發(fā)電區(qū)域保持穩(wěn)定且穩(wěn)態(tài)精度高的無速度傳感器感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)。首先，建立在電機參數(shù)不匹配的情況下無速度傳感器感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，并基于該穩(wěn)態(tài)模型提出了適用于使用全階自適應(yīng)觀測器的驅(qū)動系統(tǒng)的統(tǒng)一的

6、參數(shù)敏感性方程。在電機工作范圍內(nèi)，應(yīng)用該方程可以直接計算出各種反饋矩陣下任意電機參數(shù)誤差引起的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差。其次，提出了實用的可以在電機參數(shù)誤差的情況下判斷全階自適應(yīng)觀測器無速度傳感器感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。基于該判據(jù)，得出在電機參數(shù)存在誤差的情況下，系統(tǒng)在低速發(fā)電狀態(tài)下容易不穩(wěn)定。此外，提出了在上述不穩(wěn)定情況下使用高參數(shù)魯棒性的恒流變頻控制方法進行替換的思路，以保證感應(yīng)電機系統(tǒng)的全范圍穩(wěn)定工作。文中提出了精確的轉(zhuǎn)差補償模塊以提高

7、恒流變頻控制的穩(wěn)態(tài)精度，并建立了相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)模型，以分析恒流變頻控制方法下電機驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)敏感性。
　　為了進一步提升無速度傳感器感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，研究分析了觀測器離散化，電流采樣誤差，逆變器非線性對感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)的影響。首先，基于數(shù)字信號處理器控制下逆變器的電壓電流特性，提出了低采樣頻率和輸出頻率比的情況下適合使用電壓型觀測器的觀點。并提出了一種適合Holtz電壓型觀測器的離散化方法，實現(xiàn)了高精度估算磁鏈和轉(zhuǎn)速。其次，分