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基于无速度传感器方法的交流电机PCH控制

作　者: 贾坤
导　师: 于海生
学　校: 青岛大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 能量成形 端口受控哈密顿系统 无速度传感器 模型参考自适应 PI控制器 转速估计
分类号: TM34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


交流电机无速度传感器控制技术提高了交流传动系统的可靠性,降低了系统的实现成本。所以,交流电机无速度传感器控制系统受到广大研究人员和用户的关注和欢迎。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。近年来,基于能量成形和端口受控哈密顿系统(PCH)的控制方法引起电机控制专家的研究兴趣。本文在课题组多年来对交流电机PCH控制研究的基础上,引入了无速度传感器控制,实现对电动机转速信号的估计。首先,介绍了交流电机无速度传感器控制方法和转速估算方法的国内外研究现状,并且分析了现存各种方法的不足之处,指出了基于无速度传感器的交流电机PCH控制方法研究目的和意义。其次,介绍了能量成形和PCH控制方法的理论基础,同时介绍了课题组经过多年的努力,实现了PCH方法在交流电机控制领域的应用。再次,研究了基于无速度传感器方法的异步电机PCH控制,根据交流电机能量成形和端口受控哈密顿理论建立异步电机的PCH模型,接着利用模型参考自适应系统(MRAS)方法与PI控制器方法实现对转速的估算,最后,建立系统仿真模型。然后,研究了基于无速度传感器方法的永磁同步电机PCH控制,根据交流电机能量成形和端口受控哈密顿理论建立永磁同步电机的PCH模型,接着利用PI控制器方法实现对转速的估算,最后,建立系统仿真模型。最后,将交流电机的无速度传感器矢量控制与PCH控制方法进行比较。通过比较可以看出本文采用的控制策略是正确的,并且具有较好的静态和动态性能。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章 绪论  6-16
  1.1 本课题的研究背景及意义  6-7
  1.2 交流电机无速度传感器控制方法研究动态和发展现状  7-10
  1.3 转速估算方法的研究动态和发展现状  10-14
    1.3.1 基于电动机数学模型计算转速(直接计算法)  10-11
    1.3.2 基于闭环控制作用构造转速信号  11-13
    1.3.3 利用电动机结构上的特征提取转速信号  13-14
    1.3.4 小节  14
  1.4 本文主要研究内容及章节安排  14-16
第二章 端口受控哈密顿系统理论及应用  16-26
  2.1 无源性与耗散性  16-18
    2.1.1 无源系统及其稳定性  16-17
    2.1.2 无源性与反馈互联  17-18
    2.1.3 耗散性  18
  2.2 无源性与能量成形  18-19
  2.3 端口受控耗散哈密顿系统  19-21
    2.3.1 欧拉-拉格朗日(EL)方程与哈密顿方程  19-20
    2.3.2 端口受控哈密顿(PCH)系统  20
    2.3.3 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统  20-21
  2.4 端口受控耗散哈密顿系统的能量成形控制方法  21-22
  2.5 端口受控哈密顿方法的应用  22-24
    2.5.1 永磁同步电机PCH控制  22-23
    2.5.2 异步电机PCH控制  23
    2.5.3 双馈感应电机的PCH控制  23
    2.5.4 三相PWM整流器的PCH控制  23-24
  2.6 本章小结  24-26
第三章 基于无速度传感器方法的异步电机PCH控制  26-44
  3.1 异步电机(IM)的数学模型  26-29
    3.1.1 三相异步电机的多变量非线性数学模型  26-27
    3.1.2 异步电机高动态性能控制中的常用坐标变换和矩阵  27-28
    3.1.3 异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型  28-29
    3.1.4 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型  29
  3.2 异步电机的PCH控制  29-30
  3.3 基于PI调节器闭环控制构造转速  30-36
    3.3.1 系统基本原理和结构  30-31
    3.3.2 PCH控制器设计  31-33
    3.3.3 转速估算  33-34
    3.3.4 系统仿真  34-36
  3.4 基于电压模型和电流模型的MRAS方法  36-42
    3.4.1 系统基本原理和结构  36-37
    3.4.2 PCH控制器设计  37-38
    3.4.3 转速辨识系统  38-39
    3.4.4 系统仿真  39-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 基于无速度传感器方法的永磁同步电机PCH控制  44-54
  4.1 永磁同步电机(PMSM)的数学模型  44-46
    4.1.1 永磁同步电机的原始数学模型  44-45
    4.1.2 永磁同步电机高动态性能控制中常用的坐标变换和矩阵  45
    4.1.3 永磁同步电机在两相静止坐标系上的数学模型  45-46
    4.1.4 永磁同步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型  46
  4.2 永磁同步电机PCH控制  46-47
  4.3 用PI调节器闭环控制构造转速  47-52
    4.3.1 系统基本原理和结构  47-48
    4.3.2 PCH控制器设计  48-49
    4.3.3 转速估算  49
    4.3.4 系统仿真  49-52
  4.4 本章小结  52-54
第五章 交流电机无速度传感器矢量控制与PCH控制比较  54-60
  5.1 异步电机无速度传感器矢量控制  54-57
    5.1.1 控制原理及结构图  54-55
    5.1.2 系统仿真  55-57
  5.2 比较  57-58
  5.3 本章小结  58-60
结论  60-62
参考文献  62-66
攻读学位期间的研究成果  66-68
致谢  68-70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机
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