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无速度传感器三电平逆变器直接转矩控制系统研究

作　者: 李现亭
导　师: 钟彦儒；王建渊
学　校: 西安理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 无速度传感器直接转矩控制三电平逆变器自适应全阶状态观测器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电压型三电平逆变器具有输出电压谐波含量少、开关频率低、dv/dt、di/dt小等优点,是当前的研究热点之一。本文研究的对象正是基于三电平逆变器的无速度传感器异步电机直接转矩控制系统,重点对系统低速性能的提高、无速度传感器方案设计等方面进行了深入地研究。在高性能的异步电动机控制当中,能否准确地得到磁链对系统控制性能有着关键性的影响,特别是无速度传感器系统在低速范围内。自适应全阶状态观测器将磁链的观测和速度的辨识紧密结合在一起,而且磁链观测器能克服传统积分器的固有缺陷,观测精度高,低速性能较好。本文首先建立了两种状态变量不同的自适应全阶状态观测器,进行了深入地理论分析和对比研究。接着,对两种自适应全阶状态观测器结合三电平直接转矩控制系统进行了仿真对比研究,仿真结果表明了方案的有效性,并发现以定转子磁链为状态变量的自适应观测器更适合于直接转矩控制系统。然后,论文对自适应全阶状态观测器在低速发电工况下稳定性问题进行了深入研究,详细分析了目前存在的解决方案,并引入了一种改进策略,结合三电平直接转矩控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明,改进的自适应全阶状态观测器在全速范围内具有良好的稳态和动态性能,改善了低速发电状态下的稳定性。最后,在以TMS320LF2407A为控制核心的小容量三电平样机上,对采用改进自适应全阶状态观测器和合成矢量PWM控制策略的无速度传感器直接转矩控制系统进行了实验研究,实验装置运行稳定可靠。实验结果表明了该系统对磁链和转速观测准确,改善了低速性能。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 课题的提出及意义  7-8
  1.2 直接转矩控制技术  8-10
    1.2.1 直接转矩的原理及研究热点  8-9
    1.2.2 直接转矩控制中的无速度传感器技术  9-10
  1.3 高性能三电平交流调速系统  10-13
    1.3.1 多电平电压型逆变器  10-12
    1.3.2 三电平直接转矩交流调速系统  12-13
  1.4 本课题的主要目的及内容  13-14
2 基于NPC三电平逆变器的异步电机直接转矩控制系统  14-26
  2.1 NPC三电平逆变器的基本原理  14-17
    2.1.1 三电平逆变器运行原理  14-15
    2.1.2 三电平逆变器空间电压矢量  15-16
    2.1.3 三电平逆变器开关模型建立  16-17
  2.2 异步电动机的数学模型  17-20
    2.2.1 在静止αβ坐标系上的数学模型  17-19
    2.2.2 坐标变换  19-20
  2.3 三电平直接转矩控制的基本原理  20-22
    2.3.1 磁链控制  20-21
    2.3.2 电磁转矩控制  21-22
  2.4 三电平直接转矩中矢量选择原理  22-25
    2.4.1 三电平直接转矩控制存在的问题  22-23
    2.4.2 三电平矢量选择原理  23-25
    2.4.3 基于合成矢量的DTC  25
  2.5 本章小结  25-26
3 磁链观测和速度辨识的研究  26-40
  3.1 高性能的磁链观测和速度辨识  26-31
    3.1.1 以定子磁链和转子磁链为状态变量的自适应全阶状态观测器  27-29
    3.1.2 以定子电流和转子磁链为状态变量的自适应全阶状态观测器  29-31
  3.2 两种方案仿真对比研究  31-38
    3.2.1 三电平无速度传感器直接转矩控制系统  31-32
    3.2.2 仿真模型的构建  32-33
    3.2.3 仿真结果对比研究  33-38
  3.3 仿真结果分析与总结  38-39
  3.4 本章小结  39-40
4 三电平无速度传感器自适应观测器的稳定性分析与设计  40-48
  4.1 无速度传感器自适应观测器低速稳定性问题  40-41
  4.2 解决自适应观测器低速稳定性问题的方案探讨  41-42
  4.3 一种新的改善三电平无速度传感器直接转矩控制低速发电状态下稳定性的方法  42-47
    4.3.1 速度自适应律的选取  42-44
    4.3.2 增益反馈矩阵的选取  44-45
    4.3.3 仿真研究  45-47
  4.4 本章小结  47-48
5 系统的数字化实现  48-64
  5.1 DSP全数字实验平台的硬件总体方案  48-56
    5.1.1 三电平直接转矩控制系统的硬件总体构成  48-49
    5.1.2 DSP控制器  49-50
    5.1.3 三电平逆变器主电路及驱动电路  50-52
    5.1.4 检测与保护电路  52-54
    5.1.5 测速接口电路  54-55
    5.1.6 D/A转换电路  55
    5.1.7 键盘操作器电路  55-56
  5.2 无速度传感器直接转矩控制系统的软件模块设计  56-63
    5.2.1 实时控制的软件结构  56-59
    5.2.2 自适应全阶状态观测器的数字化实现  59-60
    5.2.3 正交编码脉冲测速的实现  60-61
    5.2.4 定子电压重构  61-62
    5.2.5 PI调节器  62-63
    5.2.6 PWM波形的生成  63
  5.3 本章小结  63-64
6 实验结果与全文总结  64-69
  6.1 实验结果  64-67
    6.1.1 有速度传感器三电平直接转矩控制系统实验  64-66
    6.1.2 无速度传感器三电平直接转矩控制系统实验  66-67
  6.2 全文总结  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
在校学习期间发表的论文  73
在校期间获得奖励  73

无速度传感器三电平逆变器直接转矩控制系统研究

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