基于自适应全阶观测器的感应电机无速度传感器优化研究

摘要

异步电机无速度传感器矢量控制系统因其结构简单、造价低、维护和使用成本低、能适应恶劣条件等诸多优点，被广泛应用于各个领域。然而由于没有速度传感器反馈电杌的实时转速，因此只能通过矢量控制算法来实时观测转速。在诸多控制方法中，本文着重介绍了目前最常用的模型参考自适应法和全阶观测器法，但由于模型参考自适应法和传统的全阶观测器法都存在一定的缺陷，因此本文在传统全阶观测器方法的基础上，通过改进转速自适应律和反馈矩阵的设计来提高自适应全阶观测器在低速情况下的稳定性。全文主要研究内容如下:
　　1.阐述了异步电机无速度传感器矢量控制技术研究现状，对各种控制方法的优缺点进行了简单介绍。
　　2.列出了异步电机在三种坐标系下的动态数学模型，并推导了三种坐标系相互转换的表达式;介绍了矢量控制原理并着重阐述了SVP删控制原理以及实现方法。
　　3.研究了模型参考自适应法的基本原理、状态方程以及转速自适应律，并分析了其存在的缺陷;针对模型参考自适应法存在的不足，提出了全阶观测器模型，并对全阶观测器的构造、反馈增益矩阵的设计以及转速辨识的推导进行了介绍。
　　4.由于传统全阶观测器在低速状态下存在不稳定问题，分析了不稳定原因，并对此提出了三点改进措施:(1)对定子电阻进行在线辨识;(2)得到改进的转速自适应律;(3)设计合理的反馈增益矩阵。得到了改进型自适应全阶观测器模型。
　　5.对传统的全阶观测器模型和改进的自适应全阶观测器模型进行了仿真对比，得出改进的自适应全阶观测器能够有效提高系统低速运行的稳定性;并在30KW异步电机对拖实验平台上进行实验，验证了上述改进措施的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 无速度传感器矢量控制技术的研究现状

1．2．1 电流模型法

1．2．2 电压模型法

1．2．3 扩展卡尔曼滤波法

1．2．4 模型参考自适应法(MRAS)

1．2．5 全阶观测器法

1．3 论文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 异步电机矢量控制原理

2．1 异步电机在三相静止坐标系中的数学模型

2．1．1 感应电机物理模型

2．1．2 异步电机电压方程

2．1．3 异步电机磁链方程

2．1．4 异步电机转矩方程

2．1．5 异步电机运动方程

2．2 坐标变换

2．2．1 三相静止与两相静止坐标系间的变换

2．2．2 两相静止与旋转正交坐标系间的变换

2．2．3 两相静止坐标系下异步电机的数学模型

2．2．4 旋转坐标系下异步电机的数学模型

2．3 矢量控制基本原理及电压空间矢量脉宽调制技术

2．3．1 矢量控制基本原理

2．3．2 电压空间矢量控制原理

2．3．3 电压空间矢量脉宽调制算法实现

2．4 本章小结

第三章 异步电机自适应全阶观测器设计

3．1 模型参考自适应系统(MRAS)

3．2 异步电机全阶观测器模型

3．2．1 异步电机及观测器模型

3．2．2 全阶观测器模型

3．3 本章小结

第四章 异步电机自适应全阶观测器低速稳定性分析

4．1 感应电机定子电阻在线辨识

4．2 低速稳定性分析

4．2．1 低速情况下反馈增益矩阵G对系统稳定性影响

4．2．2 低速下磁链误差对系统稳定性影响

4．3 转速自适应的改进设计

4．4 反馈增益矩阵G的设计

4．5 本章小结

第五章 仿真结果及分析

5．1 基本仿真模块

5．1．1 坐标变换仿真模块

5．1．2 SVPWM仿真模块

5．1．3 全阶观测器模块仿真

5．1．4 异步电机无速度传感器控制系统仿真模型

5．2 仿真结果和分析

5．3 本章小结

第六章 实验结果及分析

6．1 实验平台

6．2 硬件系统方案设计

6．2．1 主电路

6．2．2 外围电路

6．3 软件设计

6．4 实验结果及分析

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文