定子双绕组异步电机无速度传感器起动控制研究

摘要

变频交流电源系统因其供电质量高、可靠性高、体积小、重量轻等优点，已成为当今民用飞机最常用的电源系统。为进一步减小飞机的体积和重量，提高飞机电源系统的可靠性，起动发电一体化和无速度传感器技术已成为当今航空变频交流供电系统的关键研究热点。本文以一种新型的定子双绕组异步电机(Dual stator-winding induction generator,DWIG)起动发电系统为研究对象研究了其无速度传感器起动控制相关技术。
　　本文详细介绍了定子双绕组异步电机起动发电系统的架构以及DWIG在各坐标系下的电机模型。在此基础上，本文对定子双绕组异步电机的起动特性进行了公式推导和理论分析，采用适合DWIG起动系统的基于转子磁场定向的起动矢量控制策略，保证了发动机具有平稳快速可靠的起动过程，并在Matlab/simulink中搭建了DWIG起动发电系统的仿真模型，验证了DWIG起动矢量控制策略的性能。
　　机械传感器的测量精度受温度、湿度等使用环境影响，并且会增加飞机电源系统的体积重量。为了进一步提高飞机供电系统的可靠性并减少其体积重量，本文同时研究了DWIG起动发电系统的无速度传感器技术。为了保证DWIG无速度传感器的低速性能和参数鲁棒性，本文选择了扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman filter,EKF)来实现DWIG起动时的磁链观测和转速辨识。本文首先详细推导了EKF的原理并建立了DWIG的状态方程模型。以此为基础，在分析了常规异步电机的降阶EKF的缺点后，根据DWIG的特性提出了适用于DWIG起动系统的降阶EKF，并通过仿真验证了其辨识精度和鲁棒性。
　　针对提出的控制策略和无速度传感器方案，本文搭建了基于F28335+CPLD的15kW DWIG无速度传感器起动发电系统实验平台。文中详细介绍了系统的硬件设计和软件设计，并给出了DWIG起动发电系统的起动矢量控制实验结果和降阶EKF转速辨识结果，验证了本文提出的起动矢量控制策略的高性能和降阶EKF的高估算精度。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 变频交流起动发电系统研究现状

1.3 无速度传感器矢量控制技术研究现状

1.4 论文的研究内容及结构安排

第二章 DWIG起动发电系统起动矢量控制研究

2.1 定子双绕组异步电机起动发电系统概述

2.2 三相静止坐标系下DWIG的数学模型

2.3 两相静止坐标系下DWIG的数学模型

2.4 两相旋转坐标系下DWIG的数学模型

2.5 DWIG起动发电系统的矢量控制

2.6 本章小结

第三章 卡尔曼滤波算法及其在DWIG无速度系统中的应用

3.1 卡尔曼滤波算法基本原理

3.2基于EKF的定子双绕组异步电机矢量控制系统

3.3 本章小结

第四章 定子双绕组异步电机的降阶卡尔曼滤波算法

4.1 DWIG降阶卡尔曼滤波算法的基本原理

4.2 DWIG降阶卡尔曼滤波算法的仿真实现

4.3 本章小结

第五章 DWIG无速度起动发电系统硬件设计与实验研究

5.1 系统结构及实验平台

5.2 硬件设计

5.3 软件系统设计

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文