三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制無速度傳感器技術(shù)研究.pdf

1、直流電機(jī)由于易于控制而在早期的調(diào)速控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，不過，它卻存在著諸多的換向器缺陷。近年來，通過應(yīng)用矢量控制技術(shù)，感應(yīng)電機(jī)已經(jīng)可以象直流電機(jī)一樣得到控制。隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)電機(jī)在調(diào)速控制特別是在電力牽引傳動(dòng)控制中的應(yīng)用受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。一個(gè)高性能的調(diào)速系統(tǒng)必須具有良好的參考速度跟蹤和干擾抑制響應(yīng)，且性能對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感。在負(fù)載變化不大、操作條件不會(huì)使系統(tǒng)遠(yuǎn)離其線性平衡點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)的PI控制器

2、具有易于實(shí)現(xiàn)和高有效性等優(yōu)點(diǎn)。不過，到目前為止，控制器的參數(shù)整定問題仍未得到較好的解決；而且，由于它只有一個(gè)自由度，因此很難同時(shí)提供好的跟蹤和調(diào)節(jié)性能。另外，高性能的調(diào)速系統(tǒng)需要高精度的速度反饋信號(hào)，而速度傳感器的安裝會(huì)增加成本，降低可靠性并加大了對(duì)電磁噪聲的敏感性。因此，近年來無速度傳感器矢量控制技術(shù)便成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，眾多學(xué)者致力于對(duì)無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的研究。
　　為此，本文對(duì)三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制中存在的魯棒調(diào)節(jié)器設(shè)

3、計(jì)和無速度傳感器控制等問題展開了理論與應(yīng)用研究，主要工作如下。
　　1.針對(duì)常規(guī) PI控制器對(duì)非線性、時(shí)變、高階感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能達(dá)到較好控制效果的問題，提出兩種改進(jìn)的PI/PID控制器參數(shù)整定方法。
　　1)幅值裕度優(yōu)化法：首先針對(duì)常規(guī)基于優(yōu)化算法的 PI/PID控制器參數(shù)整定方法原理復(fù)雜、計(jì)算量大、難以被現(xiàn)場(chǎng)工程人員所理解和應(yīng)用等問題，提出了一種基于數(shù)值優(yōu)化的 PID控制器參數(shù)整定方法；該方法利用優(yōu)化工具箱中的最小最大

4、函數(shù)，以明確依賴于頻率的穩(wěn)定裕量作為目標(biāo)函數(shù)來優(yōu)化控制器參數(shù)，具有算法簡(jiǎn)單、容易理解等優(yōu)點(diǎn)；仿真結(jié)果表明，利用本文提出的控制器整定方法得到的控制器，在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化的情況下，能保證系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和良好的靜態(tài)性能。
　　2)混合優(yōu)化法：由于幅值裕度和相位裕度經(jīng)常被作為系統(tǒng)魯棒性量測(cè)的重要指標(biāo)，而且相位裕度大小由于與系統(tǒng)的阻尼相關(guān)聯(lián)還常用于衡量系統(tǒng)性能的好壞，為此本文提出了一種同時(shí)對(duì)系統(tǒng)幅值裕度和相位裕度進(jìn)行優(yōu)化的 PID控制器參

5、數(shù)整定方法；仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的控制策略能夠獲得魯棒及優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩和速度控制性能。
　　2.針對(duì)傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)采用的PI調(diào)節(jié)器只有一個(gè)自由度，不能同時(shí)滿足參考輸入跟蹤和干擾抑制兩種性能指標(biāo)的問題，提出了一個(gè)具有二自由度的參考模型跟蹤控制器設(shè)計(jì)方案。該控制器由魯棒轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器（RRFE）以及參考模型跟蹤控制器（RMTC）兩個(gè)部分構(gòu)成。RRFE主要用于轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)，以確保轉(zhuǎn)子磁鏈獲得快速準(zhǔn)確的定向。而RMTC則在電機(jī)參數(shù)發(fā)

6、生變化和出現(xiàn)干擾的情況下，獲得磁鏈和轉(zhuǎn)速的漸進(jìn)跟蹤性能。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，干擾得到有效抑制，系統(tǒng)具有較好調(diào)速性能。
　　3.定子電阻的準(zhǔn)確估計(jì)能顯著改善磁場(chǎng)定向控制在低速時(shí)段的調(diào)速性能。為了提高定子電阻的在線估計(jì)精度并減小計(jì)算量，提出了一種參考模型自適應(yīng)定子電阻估計(jì)方法。該方法以暫態(tài)下的有功功率為參考模型，穩(wěn)態(tài)下的有功功率為調(diào)節(jié)模型來構(gòu)建參考模型自適應(yīng)系統(tǒng)，所采用的兩種模型均不依賴于轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；在建立模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用

7、 Popov超穩(wěn)定性理論，經(jīng)過嚴(yán)格推導(dǎo)得到了定子電阻辨識(shí)自適應(yīng)律；通過將定子電阻的估計(jì)值反饋，減小了定子電阻變化對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)和速度估計(jì)的影響，同時(shí)也減輕了矢量控制系統(tǒng)在低速時(shí)段的性能惡化問題。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案能對(duì)定子電阻和轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的在線估計(jì)，所設(shè)計(jì)的矢量控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。
　　4.針對(duì)降階觀測(cè)器原理簡(jiǎn)單，系統(tǒng)維數(shù)低的特點(diǎn)，提出了一種簡(jiǎn)單的用于感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器控制的降階觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。該方法以磁鏈誤