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感应电机伺服系统速度控制器和观测器的研究

作　者: 李大卓
导　师: 冯勇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 感应电机矢量控制直接转矩控制参数自整定速度观测器
分类号: TM346
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

感应电机具有很多优点,如结构简单、坚固耐用、制造成本低等。近年来,由于电力电子技术和微处理器的发展,一些先进的控制理论和方法被用于感应电机的控制,使得感应电机的控制性能不断提升,并进入伺服控制领域。感应电机的控制方法主要分为标量控制、直接转矩控制和矢量控制三种,本文主要研究后两种感应电机控制方法。首先对感应电机的一些参数和变量进行简化和忽略后,建立了感应电机的数学模型。然后在分析感应电机的矢量控制解耦方法的基础上设计了基于电流模型计算转子磁链的直接矢量控制系统。随后通过对磁链和转矩进行控制,设计了感应电机直接转矩控制系统。为了提高系统的响应速度和稳态精度,文中还研究了基于单纯形法的参数自整定控制器,并将其应用在感应电机直接转矩控制系统中。同时为了提高了观测器的收敛速度和观测精度,研究了一种基于高阶非奇异终端滑模控制的感应电机观测器的设计方法,并应用在感应电机无速度传感器矢量控制系统中。本文完成了对感应电机伺服控制系统的仿真研究。结果表明,所设计的矢量控制系统具有良好的解耦控制性能,系统动态性能较好。设计的感应电机的直接转矩控制系统成功的实现了该系统在阶跃负载下的速度、转矩、定子磁链特性。基于单纯形法的速度控制器参数自整定方法能适用于感应电机直接转矩控制系统,使其控制的响应速度得到提升,稳态误差减小。基于非奇异终端滑模控制的观测器能够快速、准确地估计出电机转子速度、转子磁链,从而实现感应电机无速度传感器控制,提高了系统的动态性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8
  1.2 感应电机控制的发展和现状  8-10
    1.2.1 矢量控制  10
    1.2.2 直接转矩控制  10
  1.3 控制器参数整定技术方法  10-11
  1.4 滑模控制技术方法  11-12
  1.5 主要研究内容  12-14
第2章感应电机矢量控制系统的设计  14-31
  2.1 感应电机的建模  14-17
    2.1.1 电压方程  14-15
    2.1.2 磁链方程  15-17
    2.1.3 转矩方程  17
  2.2 αβ及dq 坐标系下感应电机的数学模型  17-21
    2.2.1 αβ坐标系下感应电机的数学模型  18
    2.2.2 dq 坐标系下感应电机的数学模型  18-19
    2.2.3 感应电机仿真模型的建立  19-21
  2.3 矢量控制系统的设计  21-26
    2.3.1 矢量控制原理  21-22
    2.3.2 感应电机矢量控制的解耦设计  22-24
    2.3.3 转子磁链估计器的设计  24-26
  2.4 系统仿真  26-29
  2.5 本章小结  29-31
第3章感应电机直接转矩控制系统的设计  31-50
  3.1 逆变器数学模型与空间电压矢量  31-37
    3.1.1 理想逆变器的数学模型  32-34
    3.1.2 电压空间矢量  34-35
    3.1.3 电压空间矢量对定子磁链和转矩的影响  35-37
  3.2 直接转矩控制系统的构建  37-43
    3.2.1 定子磁链及转矩的计算  37-38
    3.2.2 定子磁链的控制  38-40
    3.2.3 转子转矩的控制  40-43
  3.3 系统仿真  43-49
    3.3.1 逆变器的开关状态表的建立  43-45
    3.3.2 结果及分析  45-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章基于单纯形法的感应电机伺服系统控制器的参数自整定  50-60
  4.1 PID 控制器的设计  50-51
  4.2 基于单纯形法参数自整定控制器的设计  51-54
    4.2.1 单纯形法的基本思想  51-53
    4.2.2 PID 控制器参数寻优的设计  53-54
  4.3 计算机仿真  54-59
    4.3.1 控制器参数寻优  54-56
    4.3.2 基于单纯形法的感应电机伺服系统控制器的仿真  56-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章感应电机速度观测器的设计  60-68
  5.1 无位置传感器矢量控制技术  60-61
  5.2 感应电机电流观测器的设计  61-64
    5.2.1 感应电机电流观测器的原理  61
    5.2.2 感应电机高阶非奇异终端滑模观测器的设计  61-64
    5.2.3 转子速度、磁链及转子时间常数的估计  64
  5.3 系统仿真  64-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-75
致谢  75

感应电机伺服系统速度控制器和观测器的研究

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