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异步电机无速度传感器矢量控制系统的研究

作　者: 白代兵
导　师: 满永奎；边春元
学　校: 东北大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 交流调速矢量控制模型参考自适应状态观测器
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速,计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。而异步电机无速度传感器矢量控制技术作为一种高性能的传动系统成为数字控制技术的一个重要研究方向,受到众多学者的关注。本文对无速度传感器矢量控制系统进行了研究。首先分别对交流电机控制技术和无速度传感器矢量控制技术的发展进行了综述,归纳比较了各种控制方法的优缺点。接着阐述了空间电压矢量控制(SVPWM)的原理、坐标变换、磁场定向控制和异步电机在不同坐标系下的数学模型,为进一步研究异步电机无速度传感器矢量控制技术提供了理论基础。然后详细分析了MRAS和速度自适应全阶状态观测器两种速度辨识方法并对电机的定、转子参数进行了辨识,提高了系统的动静态特性,在此基础上建立了基于两种方法的无速度传感器矢量控制系统,并在MATLAB/Simulik系统下对这两种异步电机无速度传感器矢量控制系统在不同的情况下进行了详细的仿真,并对仿真结果进行了分析和比较。仿真结果表明本文所采用的两种无速度传感器矢量控制系统是有效的、合理的。由于全阶速度自适应转子状态观测器采用了误差校正环节,其转速估算的精度比模型参考自适应系统的估算精度要高。又根据上述分析在所做项目电梯门机变频器系统的基础上对硬件和软件进行了修改,设计出一种无速度传感器的矢量控制系统,其电路主要包括主电路、检测电路、控制电路、保护电路、人机交互电路和电源电路设计,并对系统的可行性做了初步的验证。最后对本文的工作进行了总结,对以后的研究做出了分析和展望。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题的研究背景及意义  11
  1.2 交流电机控制技术的发展趋势  11-15
    1.2.1 交流电机控制技术的概述  11-15
    1.2.2 交流电机控制技术的发展趋势  15
  1.3 交流电机无速度传感器矢量控制系统速度辨识方法  15-18
  1.4 本文研究的主要内容  18-19
第2章矢量控制的基本原理  19-33
  2.1 异步电机矢量控制的基本思想  19-22
  2.2 矢量控制的坐标变换  22-23
    2.2.1 三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换(3S/2S变换)  22-23
    2.2.2 两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换(2S/2R变换)  23
  2.3 磁场定向控制原理  23-24
  2.4 异步电动机在不同坐标系下的数学模型  24-26
    2.4.1 静止坐标系0αβ系统中的数学模型  24-25
    2.4.2 同步旋转坐标系MT系统中的数学模型  25-26
  2.5 转子磁链观测器  26-27
  2.6 SVPWM控制的基本原理  27-32
    2.6.1 电压矢量与磁链矢量的关系  27-28
    2.6.2 基本电压空间矢量  28-30
    2.6.3 SVPWM技术的关键问题  30-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章无速度传感器矢量控制系统的速度辨识  33-47
  3.1 无速度传感器矢量控制系统的现有技术指标  33-34
  3.2 无速度传感器矢量控制系统的结构  34-35
  3.3 基于模型参考自适应系统(MRAS)的速度辨识方法  35-41
    3.3.1 模型参考自适应系统的速度辨识原理  35-38
    3.3.2 异步电机定子电阻变化的补偿和转子电阻的辨识  38-41
  3.4 改进的全阶速度自适应转子状态观测器速度辨识方法  41-46
    3.4.1 全阶速度自适应转子状态观测器速度辨识的基本思想  41
    3.4.2 状态观测器的构成  41-42
    3.4.3 转速自适应规律  42-43
    3.4.4 增益矩阵的简化  43-45
    3.4.5 速度估算观测器的构成  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章无速度传感器矢量控制系统仿真  47-61
  4.1 各仿真模块在MATLAB中的实现  47-53
    4.1.1 坐标变换仿真模型  47-48
    4.1.2 速度、电流调节器仿真模块  48-49
    4.1.3 转子磁链观测器模型  49-50
    4.1.4 MRAS速度辨识仿真模型  50
    4.1.5 全阶速度自适应转子状态观测器仿真模型的建立  50-51
    4.1.6 空间电压矢量控制(SVPWM)仿真模块  51-53
  4.2 无速度传感器矢量控制系统在Simulink中的实现  53-54
  4.3 仿真结果及分析  54-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章无速度传感器矢量控制系统的软硬件实现  61-79
  5.1 系统总体设计方案  61-62
  5.2 系统的硬件实现  62-74
    5.2.1 主回路介绍  62-65
    5.2.2 控制电路设计  65-69
    5.2.3 可编程逻辑控制电路  69
    5.2.4 保护电路  69-71
    5.2.5 人机交互电路设计  71-73
    5.2.6 高频开关电源电路  73-74
  5.3 系统软件设计  74-77
  5.4 本章小结  77-79
第6章总结与展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85

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