基于无速度传感器矢量控制的变频器研究

摘要

无速度传感器矢量控制技术是在常规带速度传感器矢量控制技术的基础上发展起来的。它提高了交流传动系统的可靠性,降低了系统的实现成本,其核心问题是如何准确的获取电机转子的速度,主要出发点是从电机定子边获得较易测量的定子电压定子电流等信息,从而估算出电机的转速,将其运用到转速反馈中去。本文在深入分析了国内外文献的基础之上,从异步电机的电压模型和电流模型出发,构建模型参考自适应系统(MRAS)对转子速度进行估算,同时引入了转子电阻与转动惯量的在线辨识方法以及PI调节器参数自整定功能,提高了系统的鲁棒性。借助于MATLAB/SIMULNK仿真工具,对异步电机无速度传感器矢量控制系统进行算法仿真验证,并对系统的软硬件部分进行了设计研究。
　　 首先,详细讲述了异步电机按转子磁场定向矢量控制系统的数学模型,并深入分析了整个无速度传感器矢量控制系统的结构。用MRAS法对异步电机转速进行估算分析,按照转子磁链定向在二相旋转坐标系上的转子磁链观测模型实时估算磁链值。引入转子电阻与转动惯量在线辨识的方法以及PI调节器参数自整定功能,提高异步电机无速度传感器矢量控制系统的性能。
　　 然后,对异步电机的参数离线辨识算法以及整个无速度传感器矢量控制系统进行了MATLAB/SIMULINK仿真,仿真结果表明根据传统电机试验原理辨识出的离线电机参数准确,能够满足矢量控制的要求。异步电机无速度传感器矢量控制系统中,利用MRAS法估算转速时,当转速为负阶跃输入时,无功功率模型MRAS法估算电机转速不能收敛,而转子磁链模型MRAS法估算转速不存在这个问题。为了提高系统的鲁棒性,引入实时辨识转子电阻与转动惯量的子系统以及PI调节器参数自整定功能模块,对系统进行算法仿真,仿真结果表明转子电阻与转动惯量辨识结果准确,PI调节器参数能实时更新,系统控制性能更佳。
　　 最后,论文以美国德州仪器公司的TMS320F2812芯片为核心控制器,设计了异步电机无速度传感器矢量控制系统的硬件实验平台,包括控制板、功率驱动板以及显示板三部分,并设计了整个系统的软件流程,给出系统的实验结果与分析。