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基于优化的ADRC在异步电机矢量控制系统中的应用研究

作　者: 熊成林
导　师: 冯晓云
学　校: 西南交通大学
专　业: 轨道交通电气化与自动化
关键词: 自抗扰控制器磁通观测 SVPWM 异步电机计算机仿真
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

ADRC控制器是20世纪九十年代由我国的韩京清研究员提出来的一种新型控制器，它能够克服传统PI控制器快速性与超调性之间的矛盾，提高控制系统的性能。对于异步电机这样一个较为复杂的控制对象，在高性能的控制策略中提高其磁通观测的精度至关重要；实现控制系统的快速而准确的调节也有重要意义。论文深入而系统的研究了ADRC的基本理论，分析了自抗扰控制器的内部结构及其各基本组成部分的功能。结合异步电机这个控制对象，在前人研究的基础上，设计了用于异步电机转子磁通定向矢量控制的ADRC控制器，建立了基于ADRC的仿真系统，获得了仿真结果。利用ADRC的扩张状态观测器(ESO)，在异步电机电压模型和电流模型的转子磁通计算公式的基础上，推导得出了含有扰动补偿的新的转子磁通传递函数。由于该转子磁链观测器，不但能够实时估计系统的扰动，而且能够补偿该扰动，这样就将原有的转子磁链开环计算改造为闭环观测系统，因此，提高了观测精度。论文深入研究了基于Matlab/Simulink的SVPWM实现，在仿真中考虑了死区时间和窄脉冲消除，分析了死区时间和窄脉冲消除对控制系统的影响。通过仿真结果和实测结果对比，可以发现改进后的仿真结果更加接近实际系统，提高了仿真结果的可信度。论文介绍了与北车集团电力牵引研发中心合作开发的交流电机互馈试验平台的硬件电路及其特点，在硬件平台上进行的一系列硬件、软件调试，并编写了采用TMS320F2407A+VC33双CPU的控制软件，给出了开环的SVPWM及转子磁通定向矢量控制的一些试验结果，对仿真结果进行了初步的试验验证。

全文目录

第1章绪论  7-15
  1.1 交流调速系统的发展  7-9
  1.2 自抗扰控制  9-10
  1.3 异步电机转子磁链观测  10-14
    1.3.1 转子磁链的开环估计  10-11
    1.3.2 转子磁链的闭环观测  11-14
  1.4 本论文内容  14-15
第2章自抗扰控制的基本原理  15-28
  2.1 引言  15-16
  2.2 ADRC的数学模型  16-28
    2.2.1 跟踪微分器(TD)  17-20
    2.2.2 扩张状态观测器(ESO)  20-24
    2.2.3 非线性状态误差反馈控制率(NLSEF)  24-28
第3章矢量控制及SVPWM  28-40
  3.1 异步电机矢量控制原理  28-34
    3.1.1 异步电机数学模型  28-30
    3.1.2 转子磁场定向矢量控制原理  30-32
    3.1.3 控制系统设计  32-34
  3.2 空间电压矢量PWM  34-40
第4章基于ESO的磁通观测和基于一阶优化ADRC的异步电机控制  40-48
  4.1 基于ESO的转子磁通观测器  40-43
  4.2 基于一阶优化ADRC的异步电机控制  43-48
    4.2.1 控制器的设计  44-46
    4.2.2 ADRC的参数调整  46-48
第5章仿真结果及其分析  48-61
  5.1 传统的转子磁通定向矢量控制仿真  48-54
  5.2 基于ADRC异步电机矢量控制系统的仿真  54-58
  5.3 基于ESO磁通观测器的仿真  58-61
第6章系统实现及试验结果分析  61-76
  6.1 调速系统的硬件结构  61-66
    6.1.1 主电路  61-62
    6.1.2 外围电路  62-64
    6.1.3 控制电路  64-66
  6.2 系统的软件结构  66-70
    6.2.1 TMS320LF2407A的软件设计  67-68
    6.2.2 TMS320VC33的软件设计  68-70
  6.3 试验结果及分析  70-76
    6.3.1 SVPWM的电机开环试验结果  70-73
    6.3.2 转子磁通定向矢量控制的试验结果  73-76
结论  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况  81

基于优化的ADRC在异步电机矢量控制系统中的应用研究

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