三电平逆变器电机参数离线与在线辨识的研究

摘要

随着电机调速技术的发展，矢量控制广泛地应用在工业和民用领域。在矢量控制系统中，如果控制系统采用的参数与电机的实际参数不匹配，将会对系统的性能产生严重的影响，在控制一台参数未知的异步电机之前，我们必须首先辨识出控制电机的参数。
　　本文从异步电机的数学模型出发，提出了一种利用变频器自身的资源对异步电机参数进行离线辨识的方法，实现了变频器自动测试出电机的参数。
　　基于三电平逆变器矢量控制系统下异步电机参数离线辨识的方案，在不增加硬件资源的基础上，通过直流实验，单相实验和空载实验来测定异步电机的定子电阻，转子电阻，定子漏感，转子漏感和互感，并对其中用到SVPWM理论，电压重构技术等加以简单介绍。在直流实验中，利用变频器产生的直流PWM电压给电机供电，测得定子端电流和电压，进而计算定子电阻;在单相实验中，电机的转子不转，没有电磁转矩产生，此时的励磁电流很大，加在电机上的电压不能太大，通过测量电压和电流响应以及功率因数角计算出转子电阻和漏感;在空载实验中，采用V/F控制，通过逆变器在异步电机三相定子绕组上施加额定频率的电压，通过测量电压和电流响应以及功率因数角计算出互感。然后对硬件实验平台和软件实现进行了简单分析，包括主电路的设计，控制电路的设计，程序流程图等，以便指导实验。同时，利用MATLAB软件对该方案进行了仿真研究，与实际的电机参数进行对比，实验结果表明这种辨识方法具有可行性。为了进一步提高变频器的性能，需要对某些参数进行在线辨识。通过分析可以得到转子时间常数对系统的影响最大，为此这里提出一种基于转子磁链的参考模型来辨识转子时间常数的方法。在MATLAB/Simulink环境下对这两种辨识算法搭建仿真模型，证明上述辨识算法的有效性。
　　最后，针对本文提出的异步电机参数离线辨识的理论分析和仿真结果进行了总结，并对进一步的研究工作进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 异步电机参数辨识国内外研究现状

1．3 论文研究的主要内容

第2章 三电平逆变器控制系统

2．1 二极管箝位式三电平逆变器介绍

2．2 二极管箝位式三电平逆变器工作原理

2．2．1 拓扑结构

2．2．2 开关状态

2．3 三电平逆变器的SVPWM控制策略

2．3．1 三电平SVPWM控制策略的基本原理

2．3．2 区域判断

2．3．3 矢量作用时间计算

2．3．4 矢量作用顺序及时间分配

2．4 电机参数变化的因素和对控制系统的影响分析

2．4．1 电机参数变化的因素

2．4．2 转子时间常数变化对矢量控制的影响

2．5 本章小节

第3章 异步电机参数的离线辨识算法的研究

3．1 异步电动机数学模型

3．1．1 坐标变换

3．1．2 异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型

3．1．3 异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型

3．1．4 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型

3．2 根据工程算法计算异步电机参数

3．2．1 根据异步电机的技术手册计算其参数

3．3 定子电阻离线辨识

3．3．1 方案设计和算法

3．3．2 直流实验的仿真

3．4 转子电阻和定、转子漏感离线辨识

3．4．1 方案设计和算法

3．4．2 三电平电压重构

3．4．3 单项实验仿真

3．5 互感的离线辨识

3．5．1 方案设计

3．5．2 V／F控制

3．5．3 空载实验仿真

3．6 本章小结

第4章 异步电机参数在线辨识的研究

4．1 模型参考自适应的基本理论

4．1．1 模型参考自适应的典型结构

4．1．2 自适应率的设计

4．1．3 模型参考自适应电机参数辨识方法

4．2 模型参考自适应电机参数辨识方法的仿真

4．2．1 在两相同步旋转坐标系下搭建电机模型

4．2．2 基于模型参考自适应的转子时间常数辨识的仿真研究

4．3 本章小结

第5章 控制系统硬件设计与实验结果分析

5．1 控制系统硬件设计

5．1．1 主回路

5．1．2 DSP最小系统

5．1．3 检测电路

5．2 控制系统的软件设计

5．3 实验结果及其分析

5．3．1 直流实验的实验结果

5．3．2 单相实验的实验结果

5．3．3 空载实验的实验结果

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文