高性能感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)研究.pdf

1、感應(yīng)電機以其緊湊的結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢占據(jù)了電力傳動領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，各種高性能的交流調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的研究和應(yīng)用?；谵D(zhuǎn)子磁場定向控制的感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)可實現(xiàn)與直流電機相媲美的動態(tài)性能，隨后的感應(yīng)電機無速度傳感器控制更增加了系統(tǒng)的簡易性和魯棒性。但目前感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)亟待解決，需要解決的關(guān)鍵問題是電機轉(zhuǎn)速估計、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測和電機參數(shù)辨識。
　　擴張狀態(tài)觀測器(Extended State Obs

2、erver，ESO)通過構(gòu)造擴張狀態(tài)以觀測感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子磁鏈，再結(jié)合模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(Model Reference Adaptive System，MRAS)控制技術(shù)，可以實現(xiàn)感應(yīng)電機的磁鏈與轉(zhuǎn)速的觀測。自抗擾控制器(ActiveDisturbances Rejection Controller，ADRC)具有補償系統(tǒng)擾動和模型不確定性的優(yōu)點，是一種新型非線性控制器，適用于感應(yīng)電機控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計。本文以感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控

3、制技術(shù)為應(yīng)用背景，以轉(zhuǎn)子磁鏈、定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、電機轉(zhuǎn)速等重要參數(shù)的辨識方法和魯棒控制器的設(shè)計問題展開系統(tǒng)深入研究。
　　ESO是一種有效的感應(yīng)電機狀態(tài)估計方法，基于ESO的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器對轉(zhuǎn)子電阻變化魯棒性強，但其存在兩大不足:(1)對電機定子電阻變化的魯棒性差;(2)缺少磁鏈輸出偏差補償機制。本文針對ESO轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器進行二次狀態(tài)擴張，并形成一種閉環(huán)補償結(jié)構(gòu)，提出了一種基于變結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子磁鏈閉環(huán)ESO觀測器(Closed l

4、oop ESO，CESO)，利用觀測磁鏈的微分信號與電流估計值構(gòu)成辨識定子電阻的誤差信號，直接消除了定子電阻降壓產(chǎn)生的積分影響。仿真與實驗研究表明，轉(zhuǎn)子磁鏈閉環(huán)ESO觀測器對磁鏈觀測模型的總擾動和輸出均能補償，有效提高了磁鏈觀測器對定、轉(zhuǎn)子電阻變化的魯棒性，改善了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測精度。
　　在基于恒磁通控制的感應(yīng)電機間接矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子時間常數(shù)的變化是造成磁場定向偏差的關(guān)鍵影響因素，而轉(zhuǎn)子電阻變化是引起時間常數(shù)變化的主要原因。利用

5、無功功率與電機參數(shù)弱相關(guān)的特點，提出了一種基于無功功率參考模型的轉(zhuǎn)子電阻辨識方法。仿真研究結(jié)果表明，這種新型轉(zhuǎn)子電阻辨識方法具有算法簡單、實時性好、魯棒性強等優(yōu)點，能有效提高轉(zhuǎn)子磁鏈定向精度，改善了電機輸出轉(zhuǎn)矩的動靜態(tài)控制性能。
　　電機轉(zhuǎn)速觀測技術(shù)是感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速觀測方法未計及電機參數(shù)時變性而存在不足。本文基于MRAS理論和多參數(shù)并行辨識技術(shù)，提出了一種雙參數(shù)交互式MRAS速度觀測器。通過

6、參考模型與可調(diào)模型互換、構(gòu)造不同自適應(yīng)律，實現(xiàn)了速度觀測和定子電阻的聯(lián)合辨識。仿真和實驗結(jié)果表明:這種交互式轉(zhuǎn)速觀測方法消除了定子電阻變化的不利影響，獲得了穩(wěn)定的、高精度的速度觀測，改善了感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)低速時的動靜態(tài)調(diào)速性能。
　　魯棒控制器設(shè)計是感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容之一，傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器對電機參數(shù)變化敏感，調(diào)速范圍內(nèi)PI參數(shù)自適應(yīng)性差。本文將ADRC技術(shù)應(yīng)用于感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控

7、制系統(tǒng)，并運用強化學(xué)習(xí)方法對ADRC的參數(shù)進行優(yōu)化，提出了一種基于擴展連續(xù)動作強化學(xué)習(xí)算法(Extended Continuous Action Reinforcement Learning Automata，ECARLA)的ADRC參數(shù)優(yōu)化方法，提高了ADRC參數(shù)優(yōu)化效率，保證參數(shù)全局最優(yōu)。仿真與實驗研究表明:采用ADRC進行調(diào)節(jié)器設(shè)計，控制系統(tǒng)對電機參數(shù)大范圍擾動具有較好地補償能力，轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍寬，對轉(zhuǎn)矩擾動也有較好抑制能力，動態(tài)響