基于全阶状态观测的异步电机无速度传感器控制方法研究

摘要

在异步电机矢量控制系统中，为了能够实现磁场定向和转速的闭环控制，对电机进行转速检测是一项必要的工作。根据电机的数学模型，转速信号可以通过数学推算的方法得到，其推算精度直接影响磁场定向的准确程度。因此，近年来，相关交流调速学术领域内的研究热点之一，即将无速度传感器技术和电机的矢量控制相结合，实时、精准地辨识出电机转速值。
　　目前，已研究出的各种无速度传感器技术转速辨识方法各自具有其优缺点，适用范围有限。针对这一情况，本文以有速度传感器矢量控制系统作为参照标准，并与近年来研究较为广泛的MRAC(Model Reference Adaptive Control,模型参考自适应控制)方法效果进行对比，重点研究全阶状态观测器辨识转速的方法。具体的研究内容如下：
　　(1)概述异步电机矢量控制技术的基本原理，介绍无速度传感器技术的思想和方法，对各种转速辨识方法的思路和应用范围做出归纳比较，为后续研究提供一个理论基础。
　　(2)重点研究全阶状态观测器的转速辨识原理，推导其数学模型，并在此基础上利用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建基于全阶状态观测的异步电机矢量控制系统仿真模型。对该模型进行仿真实验，并分别将其结果与有速度传感器矢量控制系统及经典的MRAC系统进行对比，验证其转速辨识性能及其优缺点。
　　(3)针对全阶状态观测器转速辨识方法的缺陷，深入分析其数学模型，将研究重点聚焦在观测器反馈增益系数的确定方法上，从而对基本的全阶状态观测器做出改进。基于观测器状态误差方程，利用拉氏变换和劳斯判据，做一系列数学推导，得出确定反馈增益系数取值范围的判定式，从而降低人为选取系数值的盲目性。
　　(4)为避免复杂的数学运算，论文运用PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)智能算法实现反馈增益系数的自寻优，并在此基础上对基本PSO算法做出改进，以进一步提高转速辨识精度，并缩短算法的搜索时间。

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1 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2无速度传感器技术的研究现状

1.3全阶状态观测器研究与设计的关键问题

1.4 论文主要研究内容

2 异步电机矢量控制调速系统

2.1 异步电机数学模型的分析

2.2 按转子磁链定向的矢量控制系统

2.3 小结

3 基于全阶状态观测器的转速辨识

3.1 经典MRAC转速辨识方法的研究

3.2 全阶状态观测器转速辨识方法的研究

3.3 小结

4 全阶状态观测器反馈增益系数的确定方法

4.1 基于数学推导的反馈增益系数选取方法

4.2 基于PSO算法的反馈增益系数自寻优

4.3 PSO算法的改进

4.4 小结

5 仿真结果及分析

5.1 基本仿真模块

5.2 有速度传感器矢量控制系统建模仿真

5.3 MRAC矢量控制系统建模仿真

5.4 基于全阶状态观测的无速度传感器矢量控制系统建模仿真

5.5 基于PSO的改进型全阶状态观测器矢量控制系统建模仿真

5.6 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果