無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的若干問題研究.pdf

1、近年來，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，對異步電機控制系統(tǒng)的全數(shù)字化控制、無速度傳感器以及先進的控制策略等技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。本文從工程實際應(yīng)用角度出發(fā)，以異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)為主要研究對象，針對轉(zhuǎn)子磁鏈觀測、轉(zhuǎn)速辨識、系統(tǒng)穩(wěn)定性等幾個關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的理論分析和仿真研究，進行了基于DSP的異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的硬件電路和控制軟件的設(shè)計，仿真和實驗驗證了理論分析的正確性。

2、　　 本文利用電機學(xué)的基本原理，對依據(jù)等效電機原則和非等效電機原則的矢量坐標變換內(nèi)在的物理意義進行了深入研究，建立了異步電機的數(shù)學(xué)模型和狀態(tài)空間表達式。為了對異步電機的磁場定向矢量控制和無速度傳感器的自適應(yīng)設(shè)計提供充分的理論依據(jù)，基于現(xiàn)代控制理論證明了異步電機的狀態(tài)空間模型是可控可觀性的。
　　 本文詳細闡述了不同的磁場定向方式下異步電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦特性，指出在轉(zhuǎn)子磁場定向方式下磁鏈和轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了徹底的解耦控制，并建立了異步

3、電機按轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。磁鏈觀測是無速度傳感器系統(tǒng)的核心技術(shù)，對于電壓模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，純積分環(huán)節(jié)很容易導(dǎo)致輸出信號飽和與偏移，本文在詳細分析了電壓模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器觀測誤差產(chǎn)生的原因的基礎(chǔ)上，對幾種典型的積分改進方案進行了理論分析、仿真比較和實驗。指出它們僅對積分初始值進行了改進，未能有效解決輸入直流偏置問題?；诖?，本文提出在對純積分環(huán)節(jié)進行改進的同時消除定子電流采樣信號中的直流偏置量，從而解決輸入直流偏置問題的方案

4、。實驗結(jié)果表明采用該方案觀測到的轉(zhuǎn)子磁鏈波形正弦性良好，無直流分量，有效消除了純積分環(huán)節(jié)對電壓模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的影響。
　　 本文運用Popov 超穩(wěn)定性理論建立了基于模型參考自適應(yīng)(MRAS)的無速度傳感器系統(tǒng)，通過小信號穩(wěn)定性分析證明了轉(zhuǎn)速辨識子系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性?；跓o源性理論，將異步電機分為電磁子系統(tǒng)和機械子系統(tǒng)，應(yīng)用Lyapunov 穩(wěn)定性理論證明了異步電機電磁子系統(tǒng)在定參數(shù)時的一致穩(wěn)定性，并推導(dǎo)出參數(shù)時變時異步電機全

5、局漸進穩(wěn)定的充分條件，為應(yīng)用高性能電機控制策略提供了穩(wěn)定性依據(jù)。在分別對電機和轉(zhuǎn)速辨識子系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，提出了通過建立異步電機無速度傳感器矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)的小信號數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB 仿真得到根軌跡和階躍響應(yīng)圖，進而判斷閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍，以及電機時變參數(shù)和控制調(diào)節(jié)器參數(shù)的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響這一方法。實驗結(jié)果表明，該方法還能夠有效指導(dǎo)實驗過程中控制調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。
　　 最后本文建

6、立了基于DSP 全數(shù)字化控制的異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。為了提高計算精度，基于電機的標幺值數(shù)學(xué)模型進行了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。針對定點DSP，提出了一種帶符號位的定標方法，確保了計算的準確性。在分析電壓空間矢量中死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，提出瞬時電壓平均值的補償方法，根據(jù)定子電流矢量所在的扇區(qū)計算每一個開關(guān)周期的誤差電壓平均值，實現(xiàn)對定子電壓矢量的瞬時補償。為了克服低速時定子電壓檢測精度下降的問題，本文利用直流母線電壓和逆變器的開