基于模糊扩展卡尔曼滤波的异步电机无速度传感器转速估计方法

摘要

交流变频调速系统具有优异的调速和起、制动性能及高效节电的效果，因此受到了广泛关注。随着高性能异步电机调速系统的应用，无速度传感器控制由于降低了系统成本和复杂度、增强了可靠性、简化了维护要求等优点，成为现代交流传动控制技术的一个重要研究方向。并且，随着数字信号处理器的发展，各种转速估计方法从出不穷。但是，恶劣环境和外部干扰对转速估计系统的影响问题尚未见报道。因此本文针对提高扩展卡尔曼滤波器转速估计方法的转速估计性能进行了深入研究。
　　本文介绍了异步电机的T型等效电路和数学模型，特别对异步电机数学模型两相坐标系下的状态方程进行了分析。详细阐述了基于扩展卡尔曼滤波器的转速估算策略。分析噪声协方差矩阵对EKF的影响，提出了模糊扩展卡尔曼滤波算法，该算法监视实际新息与理论新息的偏离程度，选择模糊调整因子在线递推修正测量噪声协方差矩阵的加权值，使其逐渐逼近真实噪声水平，从而使滤波器进行优化估计，并能够减小外部干扰对系统性能的影响。运用Matlab/Simulink对基于模糊扩展卡尔曼滤波的异步电机无速度传感器转速估计系统转速性能进行了仿真研究和分析；搭建以TMS320F28335为控制芯片的硬件实验平台，对基于模糊扩展卡尔曼滤波的异步电机无速度传感器转速估计策略进行了闭环实验验证。
　　仿真和实验结果表明，本文研究的基于模糊扩展卡尔曼滤波的异步电机无速度传感器转速估计系统具有良好的抗外部干扰的性能。

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主要符号表

1 绪论

1.1 异步电机矢量控制技术研究现状

1.2 无速度传感器矢量控制技术转速估计方法研究

1.3 本课题研究出发点

1.4 课题的研究内容与安排

2 三相感应电动机矢量控制方法

2.1 三相感应电动机模型及分析

2.2 基于转子磁场定向理论的异步电机矢量控制原理

2.3 异步电机无速度传感器矢量控制

2.4 本章小结

3 基于扩展卡尔曼滤波器的异步电机转速估计策略

3.1卡尔曼滤波器基础

3.2扩展卡尔曼滤波器

3.3扩展卡尔曼滤波器数学模型

3.4本章小结

4 基于模糊扩展卡尔曼滤波器异步电机转速估计策略

4.1噪声协方差阵对扩展卡尔曼滤波状态估计的影响

4.2基于模糊扩展卡尔曼滤波器模型建立

4.3模糊调整因子设计

4.4基于协同模糊扩展卡尔曼滤波器的异步电机转速辨识策略

4.5本章小结

5 仿真验证

5.1基于模糊扩展卡尔曼滤波器转速估计仿真验证

5.2本章小结

6 实验验证

6.1实验平台搭建

6.2 基于模糊扩展卡尔曼滤波器转速估计实验验证

6.3 本章小结

7 结论

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

硕士就读期间发表的论文、参与的项目及获得的奖励