基于电机参数辨识的电动车异步电机无速度传感器矢量控制

摘要

电动汽车运行过程中，电机温度和转速的变化会使其转子时间常数发生剧烈变化，采用固定电机参数会导致矢量控制磁场定向不准确而失控。电机参数的辨识是研究电动汽车控制性能的关键问题，本文针对电动汽车在运行过程中的电机参数辨识技术进行了相关研究。
　　利用波特图分析了转子磁链比值与转子时间常数的关系，结果表明电动汽车运行过程中电机转子时间常数的改变会对其控制性能产生很大的影响，所以获取准确的转子时间常数是非常必要的。
　　受到现场条件的限制，不便于利用空载试验和堵转试验来实现传统的参数离线辨识，而基于逆变器的参数离线辨识会受到开关管的开关时间和死区时间的影响。因此，本文研究了一种新的电机参数离线辨识方法，首先对电机等效电路和磁路中的参数进行有限元计算，得出电机特定工况下所需的转子时间常数等参数曲线；再通过程序优化方法实时自动查询电机的参数值；最后将该方法用于电动汽车异步电机控制中，取得了一定的效果。
　　异步电机参数具有复杂多变的特点，所以需要对其进行在线辨识。本文设计了一种基于励磁无功功率的模型参考自适应转子时间常数辨识方法，消除了常规辨识方法中定子电阻受温度变化影响所带来的误差。根据 Popov超稳定性理论设计了自适应律，且验证了辨识系统的稳定性，并利用模型参考自适应转速辨识方法为该系统提供了准确的转速信号。
　　以一台额定功率为10kW的电动汽车异步电机为研究对象，通过仿真软件Matlab/Simulink对该电机的参数辨识系统进行建模。分析表明：转子时间常数发生偏差后，转子磁链估计值会偏离实际值，导致磁场定向不准；对两种转子时间常数辨识方法进行仿真对比分析，结果表明本文设计方法能快速跟随系统给定值，且不受定子电阻变化的影响，验证了本文方法的正确性和可行性。
　　最后采用基于TI公司DSP处理芯片TMS320F28035的电机控制实验台，在CCS5.0环境下对辨识系统进行了矢量控制算法程序的设计和调试，实验结果验证了本文方法的有效性，并针对结果进行相关分析，提出了改进的意见。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 参数辨识现状

1.3 本文研究的主要内容

2 矢量控制原理

2.1 异步电机数学模型

2.2 坐标变换

2.3 空间矢量脉宽调制技术

2.4 双闭环PI参数设计

2.5 磁链观测及转速估算

2.6 本章小结

3 异步电机的参数离线辨识方法研究

3.1 常用的异步电机参数离线辨识方法

3.2 基于Ansoft的异步电机参数离线辨识方法

3.3 本章小结

4 基于励磁无功功率的MRAS转子时间常数辨识方法研究

4.1 转子时间常数变化对磁链观测的影响

4.2 基于转子磁链的MRAS转子时间常数辨识

4.3 基于励磁无功功率的MRAS转子时间常数辨识

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

5 矢量控制系统的软硬件实现和实验

5.1 系统硬件平台

5.2 系统软件程序设计

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

6 总结和展望

6.1 研究总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者攻读硕士期间发表的论文