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基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的研究与实现

作　者: 许连丙
导　师: 张爱玲
学　校: 太原理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 矢量控制 PI调节器无速度传感器模型参考自适应空间电压矢量
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 134次
引　用: 2次
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内容摘要

在交流调速系统高速发展的今天,交流调速系统替代直流调速系统已成为不可阻挡的趋势,而其中的矢量控制方法更是以其自身的优势成为交流调速领域研究的重点并成功应用于工程实践。交流电机的变频闭环调速系统必然要有速度检测元件,即速度传感器,但速度传感器的存在给系统的安装增加了难度,并且速度传感器工作的可靠性也直接影响到调速系统运行的可靠性,因此无速度传感器矢量控制系统就成为交流调速领域内研究的重点。本文在深入研究异步电机矢量控制系统理论的基础上,对有速度传感器和无速度传感器矢量控制两种情况进行了仿真和实验对比,完成的研究内容如下:在MATLAB环境下搭建了矢量控制系统的仿真模型,并进行了系统仿真,在此基础上对系统的电流采样、转速采样、坐标变换、扇区的计算与判断、软件PI调节器、空间矢量的生成等各部分进行软件编程,调试,并采用PI调节器的工程设计方法对系统中使用到的三个PI调节器进行了理论设计及系统调试,在交流调速实验平台上实现了电机从零到额定转速的启动、调速、负载突变等稳态、动态性能实验,并对实验结果进行了详细的的分析。在异步电机转速辨识方面,模型参考自适应是目前应用比较广泛的一种在线辨识方法。就异步电机的无速度传感器系统而言,目前主要有选取无功功率、转子磁链、电机的反电动势为基准三种情况,通过对比研究发现在上述三种方法中基于无功功率的辨识方法受电机参数影响最小,因此本文选取以无功功率为基准的异步电机的转速辨识方法实现异步电机的转速辨识,并且在有速度传感器矢量控制系统实现的基础上对电机的转速进行在线辨识,辨识结果表明转速越高辨识精度越高。电压空间矢量调制技术是矢量控制技术实现的基础,深入研究该调制方法后发现:电机的绕组接法不同,空间矢量调制技术的实现也有所不同,本文就此给出了理论分析并给出了绕组不同接法时扇区的划分和确定方法,通过实验论证了理论分析的正确性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章引言  11-18
  1.1 交流调速系统发展综述  11
  1.2 电力电子技术的发展  11-12
  1.3 矢量控制技术的发展  12-14
  1.4 无速度传感器异步电机矢量控制系统发展综述  14-17
  1.5 本文的主要工作  17-18
第二章异步电机矢量控制原理  18-32
  2.1 异步电机转子磁场定向矢量控制原理  18-23
    2.1.1 异步电机的数学模型及坐标变换  18-21
    2.1.2 转子磁场位置的计算  21-22
    2.1.3 转子磁场定向矢量控制系统的系统构成  22-23
  2.2 转子磁场定向矢量控制系统中调节器的设计  23-26
    2.2.1 异步电机的标幺值系统  23-24
    2.2.2 异步电机标幺值系统下PI 调节器的设计  24-26
    2.2.3 PI 调节器的调试步骤及方法  26
  2.3 转子磁场定向矢量控制系统仿真研究  26-32
    2.3.1 低速性能实验  27-28
    2.3.2 中速性能实验  28-30
    2.3.3 高速性能实验  30-31
    2.3.4 调速性能实验  31
    2.3.5 仿真结果分析  31-32
第三章空间矢量调制技术  32-48
  3.1 空间电压矢量调制技术原理  32-34
    3.1.1 空间电压矢量定义  32-33
    3.1.2 基本电压空间矢量  33-34
  3.2 电机绕组星形接法时的基本电压空间矢量  34-38
    3.2.1 电机绕组星形接法时各开关状态对应电压及其磁动势合成  34-36
    3.2.2 电机绕组星形接法时扇区的划分及扇区号的确定  36-38
  3.3 电机绕组三角形接法时的基本电压空间矢量  38-42
    3.3.1 电机三角形接法时的各开关状态电压及磁动势合成  38-40
    3.3.2 电机三角形接法时的扇区的划分及其扇区号的确定  40-42
  3.4 电压空间矢量的实现  42-48
    3.4.1 开关时间的计算  42-44
    3.4.2 电压空间矢量调制技术的过调制分析  44-48
第四章基于模型参考自适应的无速度传感器矢量控制系统  48-58
  4.1 模型参考自适应方法的提出  48
  4.2 模型参考自适应辨识原理  48-51
  4.3 模型参考自适应方法辨识电机转速  51-58
    4.3.1 基于转子磁链的MARS 转速辨识  51-53
    4.3.2 基于反电动势的MRAS 转速辨识  53-54
    4.3.3 基于无功功率的MARS 转速辨识  54-55
    4.3.4 基于无功功率MARS 速度辨识的离散化  55-56
    4.3.5 无速度传感器矢量控制系统仿真研究  56-58
第五章系统的软硬件实现和实验结果分析  58-82
  5.1 系统的硬件实现  58-60
    5.1.1 主回路的介绍  58
    5.1.2 控制回路的检测单元  58-59
    5.1.3 控制回路的脉冲发生单元  59-60
  5.2 系统的软件实现  60-62
    5.2.1 变量的Q 格式  60
    5.2.2 系统软件的流程  60-62
  5.3 改善异步电机矢量控制系统低速性能的方法  62-64
    5.3.1 影响交流电机控制系统的几个因素  62-63
    5.3.2 改善交流电机调速性能的方法及其软件实现  63-64
  5.4 有速度传感器异步电机矢量控制实验及分析  64-77
    5.4.1 实验条件及数据采集系统介绍  64
    5.4.2 正常速抗扰性能实验结果及数据分析  64-70
    5.4.3 低速抗扰性能实验波形及数据分析  70-75
    5.4.4 跟随性能实验波形及数据分析  75-77
  5.5 无速度传感器异步电机矢量控制实验及分析  77-82
    5.5.1 基于无功功率模型参考自适应电机的转速辨识  78-81
    5.5.2 基于无功功率模型参考自适应电机的转速辨识实验的分析  81-82
第六章课题总结及研究展望  82-83
参考文献  83-86
附录  86-88
  附录1 异步电机矢量控制系统仿真实验的电机参数  86
  附录2 异步电机矢量控制系统性能实验的电机参数  86-87
  附录3 异步电机矢量控制系统转速辨识实验的电机参数  87
  附录4 DSP TMS320LF2407A 的Q 格式数据范围表  87-88
致谢  88-89
攻读学位期间发表的学术论文  89

基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的研究与实现

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