基于分数阶滑模转速估计的感应电机控制研究

摘要

由于感应电机速度、转矩响应的快速性和本身结构的优势，高性能的感应电机矢量控制已在工业控制领域广泛应用。在矢量控制系统中，磁链和转速是实现坐标变换和闭环控制的必须信号。但因为速度传感器的装配、信号传送、环境条件限制等问题影响控制系统性能，而磁链在实际应用中很难用传感器检测到。因此使用无速度传感器技术在电机控制领域中的应用已经越来越广泛。
　　利用滑模观测器的转速估计策略能增强系统对参数扰动和外部不利因素的抗干扰能力，因此得到了广泛的应用。分数阶微积分与滑模控制相结合时，具有更大的调节自由度，可以有效地抑制传统滑模观测器中存在的抖振问题，实时性更好，响应速度快，能够进一步提高系统的控制性能。
　　本文的主要内容是基于分数阶滑模转速估计的感应电机控制研究，结合滑模控制理论和分数阶微积分理论的优点，采用感应电机的定子电压、电流作为输入，设计出基于定子电流观测误差的滑模面和分数阶滑模控制率的分数阶滑模观测器，对感应电机磁链和转速进行高精度估计，并将其用于感应电机矢量控制系统中，以提高矢量控制系统的控制性能。最后分析电机参数变化对控制系统的影响，并利用基于分数阶滑模观测器的参数辨识方法对感应电机的定子电阻和转子时间常数进行了辨识。
　　根据所设计的感应电机分数阶滑模观测器，分别搭建了感应电机转速估计模型、矢量控制系统模型以及定子电阻和转子时间常数辨识模型，在Matlab/Simulink仿真平台上进行了正确性和有效性验证，并将仿真结果进行比较分析。
　　仿真结果表明，相较于普通整数阶滑模观测器，分数阶滑模观测器对转速和磁链的辨识精度高、跟随性能好，有效地减小了抖振，改善了控制系统的静态和动态性能。并通过对定子电阻和转子时间常数的辨识提高了系统对参数变化的鲁棒性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 感应电机转速估计策略研究现状

1．3 分数阶滑模控制的发展

1．4 感应电机参数辨识的研究现状

1．5 论文主要研究内容

2．1 分数阶基础理论

2．1．1 分数阶微积分定义

2．1．2 分数阶微积分的Laplace变换理论

2．1．3 分数阶微积分的基本性质

2．1．4 分数阶微积分的近似处理

2．2 感应电机矢量控制系统

2．2．1 矢量控制系统的坐标变换

2．2．2 感应电机数学模型

2．2．3 基于转子磁场定向的矢量控制

2．3 小结

3 感应电机分数阶滑模速度观测器设计

3．1 分数阶滑模观测器的设计

3．1．1 定子电流和转子磁链分数阶观测器设计

3．1．2 稳定性分析

3．1．3 速度估计

3．2 仿真结果及分析

3．3 小结

4 基于感应电机分数阶滑模的无速度传感器矢量控制

4．1 感应电机无速度传感器矢量控制系统

4．2 仿真结果及分析

4．2．1 感应电机在不同工况下的仿真研究

4．2．2 不同阶次的观测器性能比较

4．3 小结

5 感应电机分数阶滑模观测器方法的参数辨识

5．1 分数阶滑模观测器对定子电阻的辨识

5．1．1 定子电阻辨识

5．1．2 仿真结果及分析

5．2 分数阶滑模观测器对转子时间常数的辨识

5．2．1 转子时间常数变化对稳态性能的影响

5．2．2 转子时间常数变化对动态性能的影响

5．2．3 转子时间常数辨识

5．2．4 仿真结果及分析

5．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果