基于自适应磁链观测器的异步电动机FOC与DTC切换控制研究

摘要

本文为了发挥FOC和DTC的长处，克服各自的不足，提出了一种将这两种控制方式有机结合在一起的切换控制方法；允许用户根据系统实际工况的不同需要，在线地灵活地切换到合适的控制策略，满足生产的要求。论文研究的着眼点立足于FOC和DTC在线切换时避免系统出现剧烈的振荡，保持切换的平滑过渡性。 论文主要完成了以下工作： (1)首先，对异步电动机数学模型进行研究，阐述了坐标变换的基本理论，并完成了坐标变换在Matlab/Simulink中的模块化设计；其次重点分析异步电动机在两相坐标系上的数学模型，在此基础上引出异步电动机矢量控制和直接转矩控制系统的工作原理，得到FOC和DTC控制系统的各自实现结构图。 (2)为了保证控制系统的高性能化，必须对电动机参数进行实时估计；在异步电动机数学模型和矢量变换理论研究的基础上，对参数估计系统进行分析推导，得出定子电阻、转子电阻和转子自感参数的估计算法，接着用劳思赫尔维茨判据对参数估计系统的控制器增益进行合理选择以保证估计系统的收敛性和稳定性。并用仿真来验证本文所提的MIMO自适应参数估计算法。 (3)磁链观测器方面，在兼顾性能与复杂程度的条件下，分别完成了定子磁链和转子磁链的自适应磁链观测器设计，其原理为各自磁链的电压模型与电流模型根据电动机实际运行速度自动进行转换；并对磁链模型之间的转换过程进行分析。 (4)利用Matlab/Simulink软件，在前序章节研究基础上采用模块化的方法依据矢量控制与直接转矩控制的实现结构框图，搭建出异步电动机矢量控制系统与直接转矩控制系统的仿真平台，并对两者进行了对比仿真实验。对FOC和DTC控制技术和各自适用的工况进行比较分析，形成FOC和DTC切换控制的基本思路；在研究FOC和DTC相互切换时系统状念出现波动现象的基础上，提出解决方法--根据前一控制策略的系统状念由一定对应关系，在切换瞬间给PI控制器的输出值进行重设；最后用仿真验证了论文所提算法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究的目的与意义

1.2异步电动机磁链观测技术发展概况

1.3异步电动机控制技术综述

1.4 FOC和DTC在异步电动机控制系统中的研究现状

1.4.1矢量控制系统(FOC)研究现状

1.4.2直接转矩控制系统(DTC)研究现状

1.5本文工作

第2章异步电动机FOC和DTC控制原理

2.1异步电动机数学模型

2.1.1异步电动机动念数学模型的性质

2.1.2异步电动机在A、B、C坐标系上的数学模型

2.2坐标变换与变换矩阵

2.2.1三相／二相静止坐标系变换

2.2.2二相静止坐标系到二相旋转坐标系变换

2.2.3异步电动机在二相坐标系上的数学模型

2.3矢量控制原理

2.4直接转矩控制原理

2.5本章小结

第3章基于收敛性分析的异步电动机参数估计研究

3.1异步电动机MIMO参数估计系统设计

3.2基于劳思稳定判据的参数估计收敛性分析

3.2.1转子参数估计分析

3.2.2定子电阻估计分析

3.2.3负载转矩估计分析

3.3参数估计算法仿真研究

3.4本章小结

第4章异步电动机自适应磁链观测器设计

4.1异步电动机磁链观测分析

4.2 FOC磁链模型研究

4.2.1转子磁链电压模型

4.2.2转子磁链电流模型

4.3 DTC磁链模型研究

4.3.1定子磁链电压模型

4.3.2定子磁链电流、转速模型

4.4自适应磁链观测器设计

4.4.1磁链模型转换特性分析

4.4.2 FOC转子自适应磁链观测器实现

4.4.3 DTC定子自适应磁链观测器实现

4.5本章小结

第5章FOC与DTC切换控制算法设计及仿真研究

5.1矢量控制和直接转矩控制技术比较

5.1.1 FOC和DTC控制算法比较

5.1.2仿真系统的实现

5.1.3仿真结果对比与分析

5.2切换控制算法的提出

5.3切换控制算法设计及仿真

5.3.1 DTC到FOC的平滑切换

5.3.2 FOC到DTC的平滑切换

5.3.3切换控制算法仿真

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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