基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识研究

摘要

由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、损耗低、运行效率高等优点，且国内稀土资源丰富，因此其应用越来越广泛，本文采用矢量控制技术实现表贴式永磁同步电机（简称电机）高性能调速。高动态性能调速系统需要构建准确的动态数学模型，而准确动态数学模型必须实时获取准确电机参数，从而确保控制系统PI参数、无速度观测器观测速度与转子角的准确，从而获得优良的静、动态特性，因此实时准确辨识电机参数是获得高性能调速的前提和基础，具有重要的理论和现实意义。 本文以表贴式永磁同步电机为研究对象，主要对定子电阻、交直轴电感和永磁体磁链进行辨识。通过分析影响电机参数的因素以及参数变化对控制系统造成的影响，研究永磁同步电机的参数辨识算法。参数辨识方法包括离线辨识和在线辨识方法。离线辨识是目前电机参数辨识的常用方法，通常采用直流伏安法辨识电机定子电阻，采用高频注入法和脉冲电压法辨识电机交、直轴电感。在线辨识是电机参数辨识的发展趋势，该辨识方法需要准确的输入输出信息。本文将递推最小二乘法与模型参考自适应法相结合，既提高了参数辨识精度和辨识快速性，又避免了递推最小二乘法在定子电阻上的辨识精度低和模型参考自适应法辨识慢的缺陷。 矢量控制中逆变器存在非线性特性，分析其对开关管导通时间和逆变器输出电压与电流的影响，设计基于扰动观测器的逆变器非线性补偿器。仿真结果证实该补偿器能够有效抑制逆变器非线性对电机电压、电流不利的影响。另外，深入分析逆变器非线性导致参数辨识产生误差影响参数辨识精度和动态稳定性的原因，在辨识算法中添加补偿器模块。仿真结果证明该补偿器能够有效的补偿非线性带来的精度误差以及动态振荡。

目录

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第 1 章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 永磁同步电机参数辨识研究现状

1.3 逆变器非线性补偿技术研究现状

1.4 主要研究内容

第 2 章 永磁同步电机的建模与分析

2.1 永磁同步电机的数学模型

2.1.1 三相静止坐标系下电机模型

2.1.2 坐标变换

2.1.3 两相坐标系下的电机数学模型

2.2 永磁同步电机矢量控制系统

2.2.1 矢量控制原理

2.2.2 空间矢量脉宽调制技术

2.2.3 永磁同步电机矢量控制仿真

2.3 参数变化对矢量控制的影响

2.3.1 影响电机参数的因素

2.3.2 参数变化对矢量控制系统的影响

2.4 电机参数的离线辨识

2.4.1 定子电阻辨识方法

2.4.2 交直轴电感辨识方法

2.4.3 离线辨识仿真

2.5 本章小结

第 3 章 逆变器非线性特性分析及补偿策略

3.1 逆变器非线性特性分析

3.1.1 逆变器非线性特性

3.1.2 死区效应分析

3.1.3 零电流钳位现象分析

3.2 基于扰动观测器的逆变器非线性补偿策略

3.2.1 扰动观测器原理

3.2.2 基于扰动观测器的逆变器非线性补偿

3.3 逆变器非线性补偿仿真

3.3.1 仿真模型

3.3.2 仿真结果及分析

3.4 本章小结

第 4 章 永磁同步电机参数在线辨识

4.1最小二乘参数辨识算法

4.1.1 最小二乘法原理

4.1.2 递推最小二乘法

4.1.3 永磁同步电机数学模型的标准最小二乘法形式

4.2 模型参考自适应参数辨识算法

4.2.1 模型参考自适应辨识原理

4.2.2 MRAS自适应规则

4.2.3电机模型在线参数辨识设计

4.3 两种参数辨识算法仿真

4.3.1 最小二乘参数辨识算法仿真

4.3.2 MRAS参数辨识算法仿真

4.4 改进参数辨识算法

4.4.1 改进参数辨识算法原理

4.4.2 改进参数辨识算法仿真

4.5 基于逆变器非线性补偿的参数辨识

4.5.1 考虑逆变器非线性特性的参数辨识

4.5.2 基于非线性补偿的参数辨识

4.6 本章小结

第 5 章 总结和展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

发表论文和参加科研情况说明