基于MRAS的异步电机无速度传感器系统研究

摘要

近年来,随着电力电子技术的不断发展,异步电机矢量控制技术的发展越来越迅速。矢量控制思想是将交流电动机模型等效成直流电动机模型加以控制,利用坐标变换理论,将非线性、强耦合的交流电机模型解耦,把交流电动机定子电流矢量分解为两个分量:励磁电流分量,转矩电流分量。通过对这两个矢量的分别控制,实现直流电机那样对磁场和转矩的控制。但在实际的系统中,安装速度传感器将会引起系统鲁棒性降低、成本增加及不能在高温、高湿的环境下工作等一系列问题。而无速度传感器矢量控制技术以其构造简单、造价低的优点成为研究的热点。在所有无速度传感器技术中,模型参考自适应系统(MRAS)以其估测精度高、可实现性强的优点得到了大家的青睐。
　　论文首先分析矢量控制的原理,介绍坐标变换并建立了异步电机数学模型,分析了空间矢量PWM的机理、调制算法以及实现方法,得到按转子磁场定向的间接矢量控制方案。在对MRAS的基本结构及原理进行分析的基础之上,对速度估算模型进行改进,得到不包含积分环节的反电势MRAS模型。在此基础上利用MRAS构建基于反电势模型的无速度传感器,并将其应用到异步电机的矢量控制中,得到基于MRAS的异步电机无速度传感器矢量控制系统。
　　然后建立系统的硬件部分和软件部分。硬件电路由控制板和功率板构成,控制板以TMS320F2812型号DSP为核心,还包括电源、时钟及复位、通讯和D/A模块等;功率板主要由整流电路、逆变电路、隔离电路、检测电路和保护电路构成。软件部分用C语言在CCS3.3上编制而成,利用模块结构化的编程思想对控制系统中各种功能模块进行了实现,分为主程序和中断子程序,由于PWM调制方式对感应电机矢量控制系统性能有较大影响,本文对空间矢量PWM进行了改进,提高了其性能,并设计出以两相静止参考量为输入的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法程序。
　　最后对所建立的系统进行仿真和试验。在Matlab/Simulink仿真平台上,建立系统的仿真模型并进行仿真,仿真实现了高度模拟现实,仿真结果证明了MRAS算法可以很好的估测速度,所设计的系统性能良好,满足设计要求。之后对所设计系统进行实现,对硬件电路进行了调试,使系统运行正常,并进行试验,通过实验记录了实际波形,结果表明:基于MRAS的无速度传感器可以较好地估测出速度;所设计的系统运行稳定、精度高、抗干扰能力强。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外发展现状及趋势

1.3 无速度传感器矢量控制研究现状

1.4 论文的主要内容及结构安排

第2章 基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统

2. 1 矢量控制原理

2.2 坐标变换

2.3 三相异步电动机的数学模型

2.4 按转子磁场定向的间接矢量控制

2.6 空间矢量脉宽调制技术

2.7 本章小结

第3章 系统硬件电路的设计

3.1 硬件系统总体结构图

3.2 控制电路设计

3.3 功率电路设计

3.4 抗干扰设计

3.5 本章小结

第4章 系统软件的设计

4.1 软件总体设计

4.2 参数的标幺化和数值的定标

4.3 SVPWM程序实现

4.4 基于MRAS的速度估算程序设计

4.5 中断程序设计

4.6 本章小结

第5章 系统仿真和试验结果的分析

5.1 MATLAB/SIMULINK仿真

5.2 系统调试及试验结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学期间发表的论文和取得的科研成果

致谢