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三电平大功率交流变频无速度传感器矢量控制

作　者: 杜恩利
导　师: 何礼高
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 无速度传感器矢量控制 全阶状态观测器 模型参考自适应 电压空间矢量调制 中点电位平衡 死区补偿 电压重构
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


多电平技术是适用于高压大功率电能变换的重要拓扑形式。本文分析了三电平逆变器的基本工作原理,研究了逆变器的电压空间矢量(SVPWM)的控制方法,建立了三电平逆变器供电的异步电机系统的数学模型。本文深入分析了空间矢量调制中引起中点电位偏移的原因,针对当前一些常用的中点平衡控制方法所存在的问题,设计了基于参数自整定模糊控制的中点平衡控制策略。该算法对三电平逆变器中点电位这一非线性时变对象有较好的适应性和鲁棒性,其静态及动态误差都能控制在较低范围,达到中点电位平衡的效果。无速度传感器矢量控制通过坐标变换实现交流感应电机的磁链与转矩电流的解耦,并省去了速度传感器的安装,降低了系统的成本,提高了系统的可靠性,使系统能够应用于更恶劣环境。无速度传感器矢量控制技术已经成为现代电机传动领域的热门研究方向。本文在分析了矢量控制基本原理的基础上,重点研究了基于全阶状态观测器的无速度传感器矢量控制系统。论文在介绍坐标变换原理的基础上,建立了异步电机的数学模型,分析了矢量控制的基本原理。给出了矢量控制系统中,在电压型三电平逆变器供电时的一种定子电压解耦控制方式。根据现代控制理论中的模型参考自适应理论,分别对基于转子磁链和基于全阶状态观测器的两种模型参考自适应无速度传感器矢量控制方法进行介绍。分析了一种改进型的电压参考模型,并通过仿真和实验的方法进行研究。在对基于全阶状态观测器的无速度传感器矢量控制系统的研究过程中,对全阶状态观测器采用不同离散方式时的状态估计误差和观测器输入电压的重构方法进行了研究。给出了观测器在全速范围内的极点分布方式,用以指导反馈矩阵的设计。为改善系统的低速运行和起动控制性能,本文还研究了SVPWM调制过程中的死区补偿和逆变器管压降补偿技术等。论文最后通过建立的基于全阶状态观测器的无速度传感器矢量控制系统原理实验平台,对以上理论研究进行了较系统的实验验证。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章 绪论  14-21
  1.1 引言  14
  1.2 多电平逆变器拓扑研究现状  14-17
    1.2.1 二极管钳位式多电平逆变器  15
    1.2.2 电容钳位式多电平逆变器  15-16
    1.2.3 级联多电平逆变器  16-17
  1.3 异步电机无速度传感器矢量控制综述  17-20
    1.3.1 转子磁链观测器  17-18
    1.3.2 转速估计  18-20
  1.4 本文主要研究内容和安排  20-21
第二章 三电平变频器系统建模分析  21-35
  2.1 三电平逆变器的工作原理  21-23
  2.2 三电平逆变器空间矢量调制方法  23-29
    2.2.1 三电平基本空间矢量  23-25
    2.2.2 空间矢量合成原则和作用时间的计算  25-28
    2.2.3 扇区的判断  28-29
  2.3 三电平逆变器供电的异步电机系统数学模型  29-34
    2.3.1 三电平逆变器供电的异步电机系统  30-33
    2.3.2 三电平逆变器供电的异步电机系统仿真和实验  33-34
  2.4 小结  34-35
第三章 三电平中点电位平衡控制  35-48
  3.1 三电平中点不平衡原理  35-37
    3.1.1 中点电位不平衡对电机电压的影响  35-36
    3.1.2 引起中点电位偏移的原因分析  36-37
  3.2 三电平不平衡控制方法分析  37-41
    3.2.1 直接计算法  38-39
    3.2.2 滞环控制法  39
    3.2.3 比值法  39-40
    3.2.4 基于模糊自校正控制的三电平中点平衡  40-41
  3.3 模糊自整定控制器的设计  41-45
    3.3.1 模糊控制器的设计  41-44
    3.3.2 模糊校正单元的设计  44-45
  3.4 仿真和实验验证  45-47
  3.5 小结  47-48
第四章 异步电机矢量控制原理  48-60
  4.1 磁动势等效原理和坐标变换  48-51
    4.1.1 磁动势等效原理  48-49
    4.1.2 三相/两相静止坐标变换  49-50
    4.1.3 两相静止/两相旋转坐标变换  50-51
  4.2 异步电机的数学模型  51-54
    4.2.1 异步电机在三相静止坐标系中的数学模型  51-52
    4.2.2 异步电机在两相坐标系中的数学模型  52-54
  4.3 基于转子磁场定向的矢量控制原理  54-57
    4.3.1 转子磁场定向矢量控制原理  54-56
    4.3.2 三电平逆变器供电的定子电压解耦控制  56-57
  4.4 转子磁场定向的矢量控制仿真和实验  57-59
  4.5 小结  59-60
第五章 基于模型参考自适应的无速度传感器矢量控制  60-76
  5.1 模型参考自适应系统结构  60-61
  5.2 转子磁链模型MRAS 无速度传感器矢量控制  61-65
    5.2.1 转子磁链模型MRAS 的速度估计  61-62
    5.2.2 改进的电压参考模型  62-63
    5.2.3 仿真和实验分析  63-65
  5.3 全阶状态观测器MRAS 无速度传感器矢量控制  65-71
    5.3.1 全阶状态观测器的设计  65-66
    5.3.2 感应电机的全阶状态观测器  66-68
    5.3.3 基于全阶状态观测器的速度辨识  68-69
    5.3.4 全阶状态观测器的离散化分析  69-71
  5.4 全阶状态观测器输入电压的重构  71-73
  5.5 仿真及实验  73-75
  5.6 小结  75-76
第六章 无速度传感器矢量控制系统的设计与实现  76-88
  6.1 无速度传感器矢量控制系统总体方案  76
  6.2 系统的硬件结构  76-79
    6.2.1 主电路部分  76-77
    6.2.2 控制回路部分  77-79
  6.3 控制系统的软件设计  79-84
    6.3.1 系统软件流程图  79-80
    6.3.2 数字PI 控制器  80-81
    6.3.3 全阶状态观测器的离散化  81-82
    6.3.4 SVPWM 死区和管压降的补偿  82-84
  6.4 无速度传感器矢量控制系统的实验结果  84-87
  6.5 小结  87-88
第七章 课题总结和展望  88-90
  7.1 全文工作总结  88
  7.2 后续工作和展望  88-90
参考文献  90-95
致谢  95-96
在学期间的研究成果及发表的学术论文  96-97
附录  97

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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