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磁饱和效应对感应电动机转速辨识影响的研究

作　者: 张代红
导　师: 王明渝
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 无速度传感器矢量控制自适应状态观测器磁饱和效应磁链观测器铁耗
分类号: TM346
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 240次
引　用: 3次
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内容摘要

无速度传感器控制技术解决了某些特殊对象的矢量变换控制问题,使一般的通用变频器带有矢量变换控制功能,极大地提高了通用变频器的性能,拓宽了其应用范围。因此,无速度传感器控制技术理所当然地成为现代交流调速领域中备受关注的技术之一。其核心问题就是对转子的速度进行估计,主要的出发点是从较易测量的量(如定子电压、定子电流)中计算出与速度有关的量,从而得到转子速度,并将其运用到速度反馈控制系统中。感应电动机是一多变量、强耦合及参数时变的非线性受控对象,鉴于直接检测转子磁链的复杂性,状态观测器构成了感应电机矢量控制系统的重要组成部分。本文建立常规状态下的感应电动机无速度传感器矢量控制系统,通过自适应状态观测器观测电机转速。利用MATLAB/SIMULINK 仿真软件分析电机参数的变化对该控制系统转速辨识造成的影响,仿真结果说明在该感应电动机矢量控制系统中,电机参数发生变化时将会影响速度估计的准确性,特别是转子电阻的变化。一般感应电机系统的研究都是在磁路为不饱和的假设条件下进行的。通常的控制策略是保持励磁电流不变,改变转矩电流来控制电机的转矩,这时电机工作在稳态的磁路饱和点,电机各种电感系数可视为常数。但是在电力机车、电动汽车、提升机等牵引负载场合,要求驱动系统具有灵活的转矩控制能力,改变励磁电流将有助于这一目标的实现。这时电机主磁路饱和程度将发生改变,电机的电感参数不再等于额定值,从而影响速度观测器的精度。本文分析了磁饱和效应对电机控制的影响,并建立静止坐标系下考虑磁饱和的感应电动机模型和矢量控制系统模型,通过仿真分析磁饱和效应对自适应状态观测器速度估计的影响。研究结果表明感应电机工作在弱磁区时,磁饱和效应会带来较大转速估计误差,影响速度观测器的精度,给观测器的实际应用带来困难。针对这一问题利用逆磁化曲线对磁链观测器进行励磁电感在线辨识,选择适合的电流电压模型,改进单纯的积分器,对速度观测器进行补偿。MATLAB/SIMULINK 仿真结果表明对观测器进行磁饱和补偿后提高了转速估计的精度和矢量控制系统的调速性能。另外,铁耗的存在也影响了观测器的精度,故综合考虑磁饱和及铁耗的电机模型,并对控制器进行综合补偿是很有实际应用价值的。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 矢量控制  9-11
    1.1.1 转子磁场定向矢量控制原理  10
    1.1.2 定子磁场定向矢量控制原理  10
    1.1.3 气隙磁场定向矢量控制原理  10-11
  1.2 无速度传感器矢量控制  11-15
    1.2.1 动态转速估计器法  12
    1.2.2 基于PI 自适应控制器法  12-13
    1.2.3 模型参考自适应法(MRAC)  13
    1.2.4 自适应转速观测器法  13-14
    1.2.5 转子齿谐波法  14
    1.2.6 高频注入法  14-15
    1.2.7 基于人工神经网络法(ANN)  15
  1.3 国内外研究现状  15-17
    1.3.1 无速度传感器矢量控制的研究现状  15-16
    1.3.2 对磁饱和效应的研究现状  16-17
  1.4 本文研究内容  17-19
2 理想感应电动机的速度估计  19-35
  2.1 理想感应电动机的数学模型  20-22
  2.2 矢量控制器模型  22-26
    2.2.1 磁场定向充要条件  23-24
    2.2.2 转差型矢量控制器模型  24-26
  2.3 观测器的数学模型  26-28
  2.4 仿真模型及结果分析  28-30
  2.5 参数变化对速度估计的影响  30-33
    2.5.1 改变定子电阻  31
    2.5.2 改变转子电阻  31-32
    2.5.3 改变励磁电感  32-33
  2.6 本章小结  33-35
3 磁饱和对感应电动机运行的影响  35-42
  3.1 对转子磁通的影响  35-36
  3.2 对转矩输出特性的影响  36-38
  3.3 对转矩/电流的影响  38
  3.4 对弱磁运行的影响  38-40
  3.5 磁路饱和引起的交叉耦合分析  40-41
  3.6 本章小结  41-42
4 考虑磁饱和的感应电动机速度估计  42-60
  4.1 考虑磁饱和的感应电动机模型  42-44
    4.1.1 磁饱和感应电动机模型的分类  42-43
    4.1.2 考虑磁饱和的电机数学模型  43-44
  4.2 补偿磁饱和的矢量控制器模型  44-47
    4.2.1 直接矢量控制器的磁饱和补偿  45-46
    4.2.2 间接矢量控制器的磁饱和补偿  46-47
  4.3 补偿磁饱和的观测器模型  47-55
    4.3.1 电流模型和电压模型  48-52
    4.3.2 改进积分器  52-55
  4.4 仿真模型及结果分析  55-59
  4.5 本章小结  59-60
5 考虑磁饱和及铁耗的感应电动机速度估计  60-66
  5.1 考虑磁饱和及铁耗的感应电动机的数学模型  61-62
  5.2 补偿磁饱和及铁耗的控制器原理及模型  62-64
  5.3 本章小结  64-66
6 结论与展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附录:A 用于仿真的感应电动机参数  71-72
  B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  71-72

磁饱和效应对感应电动机转速辨识影响的研究

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