基于模型参考模糊自适应的异步电机矢量控制系统的研究-姚颖.docx
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1、辽宁工程技术大学 硕士学位论文 基于模型参考模糊自适应的异步电机矢量控制系统的研究 姓名:姚颖 申请学位级别:硕士 专业:控制理论与控制工程 指导教师:吕振 20060101 摘要 转 子 磁 场 定 向 控 制 使 交 流 调 速 系 统 的 性 能 产 生 了 质 的 飞 跃 , 异 步 电 机 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 更 是 增 加 了 系 统 的 简 易 性 和 鲁 棒 性 , 这 种 系 统 需 解 决 两 个 问 题 :转 速 的 估 计 和 转 子 磁 链 的 观 测 。在 前 人 研 究 的 基 础 上 ,本 文 应用 基 于 超 稳 定 性 理 论 的 模 型
2、 参 考 自 适 应 系 统 , 对 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 系统 的 转 速 估 计 和 转 子 磁 链 观 测 进 行 研 究 , 考 虑 到 电 机 定 、 转 子 参 数 的 时 变性 , 对 电 机 的 一 些 定 、 转 子 参 数 进 行 实 时 辨 识 , 以 保 持 系 统 的 动 态 性 能 。 在 异 步 电 机 无 速 度 传 感 器 变 频 调 速 系 统 的 MRAS控制中应用模糊理论 构造 速 度 辨 识 和 转 子 磁 链 观 测 结 构 , 克 服 了 传 统 的 MRAS理 论 依 赖 电 机 参 数 的缺 点 。 在 速 度 辨 识 环 节
3、 采 用 了 模 型 参 考 模 糊 自 适 应 机 构 与 普 通 的 模 型 参 考自 适 应 相 结 合 的 策 略 , 以 提 高 系 统 的 静 态 性 能 。最 后 以 电 机 控 制 专 用 芯 片 DSP (TMS320LF2407A) 为 核 心 , 对 系 统 的 硬 件 、 软 件 进 行 了 简 要 设 计 。 仿 真结 果 表 明 所 设 计 的 系 统 具 有 可 行 性 和 可 靠 性 。 关 键 词 : 异 步 电 机 , 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 , 转 速 估 计 , 转 子 磁 链 观 测 , 模 型 参 考 自 适 应 , 模 糊 控 制
4、, 数 字 信 号 处 理 器 ( DSP) ABSTRACT The rotor field oriented control has brought essential advances in AC variable speed drive system. Speed sensorless induction motor drive promotes the simplicity and robustness further,and two problems must be solved in the systemrthe speed estimation and rotor flux o
5、bservation.Based on the former researches, the speed estimation and rotor flux observation methods are studied using the theory of Model Reference Adaptive System.Considering the time variability of the stator and rotor parameters of induct ion motors,the methods make real-time identification of the
6、 parameters to retain the dynamic performance of the drive system. With the speed sensorless Vector control of induction motor and fuzzy theory,MRFAS is applied to estimate rotation of induction motor in the speed-sensorless system.In order to improve the system Static performance using MRAS and MRF
7、AS compesed system to estimate speed. Using the DSP from the hardware, the software two aspects has carried on the realization to the system. The simulation results show the design system has feasibility and reliability. Keywords:Induction Motor, Speed Sensor less Field Oriented Control,Speed Estima
8、tion,Rotor Flux Observation,Model Reference Adaptive System, Fuzzy Control,Digi tal Singal Processor ( DSP) 创新点声明 本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作及 取 得 的 研 究 成 果 : 在 .转 .邀 .键 .观 .测 .时有 .直 .接 .M甩盤迅查量 .的 .导 .1U.I是 Ji 甩 .1.抗 .态变量 MMlL, .队过 .滤 .后 J1输 .岀 .变 量 .伐 .賛 .直 _揍输迅 .变量 并羞
9、里 .1.二 #.鹿 .用 .无 .模 .型 .鮝 .考 .直 .适 .塵 .系 .续 .的 .模 .觀控 M方 .案舒皇 交蓋 .週 .速 .蓋统 .的 .转 .逑 .退 .别 .还节 .以 .及 .麗 .链 .观 JLILI废 M.I.模 .糊 .控 . 劁迸 .在虛碁 M上釆 .甩 .1.摸鮝 .考皇适座与 .摸 M参產 .模糊 .直逋 .座 . 相 .结 .鱼的 .复 _金艘麗铝麗器 .盤藍工控 Ji系羞 .態 _够 得篮化 .动态虛 . 应盤凰时 .得 _到 .较的籃态 .性 .態 尽 我 所 知 , 到 目 前 国 内 外 文 献 未 见 报 道 。 作者 : IK职 日期: 26
10、,9. 1. 绪论 众 所 周 知 , 由 于 直 流 电 机 转 速 的 调 节 性 能 和 转 矩 的 控 制 性 能 比 较 理 想 , 只 要 改 变 电 枢 电 流 就 能 简 便 而 线 性 地 、无 时 间 滞 后 地 控 制 转 矩 ,因 而 在 大 范围调速传动系统中,一直是直流传动系统占统治地位。由于交流电机是 多变量、强耦合的非线性器件,定子电流同时包含有转矩电流分量和励磁 电流分量,因而对其电磁转矩瞬时值进行控制比较困难。然而,交流电动 机比起直流电动机来,省去了换相器,使其结构简单、结实、紧凑,维修 工作量小、运行效率高、转动惯量小、动态响应快,可以做到高电压、大 容
11、量、高速化。而且,传动系统的价格和体积也在大幅度下降。随着电力 电子技术的发展,高性能微处理器的出现,以及先进控制理论在交流传动 系统中的应用,各种通用的、高性能的交流传动系统相继诞生。交流传动 系统的性能比以前有了大幅度的提高,具备了宽调速范围、高稳态精度、 快速动态响应及四象限运行等良好技术性能,其动、静态性能已达到可以 和直流传动装置相媲美的程度。近年来,随着社会的发展和工业的进步, 人们对产品的质量要求逐渐提高,使得高性能控制系统的出现成为迫切的 需要 , 各 领 域 对 交 流 传 动 的 需 求 从 数 量 和 质 量 上 都 呈 现 出 空 前 的 增 长 。 1.1交流传动的基
12、本控制策略 2un45nen7s94:m44 交 流 电 机 的 控 制 远 比 直 流 电 机 复 杂 得 多 。在 传 动 控 制 领 域 ,电 机 转 矩 的控制精度、动态转矩的控制等都会对运动控制的稳定性和系统跟踪误差 产生 较 大 的 影 响 。 目 前 实 用 的 交 流 调 速 系 统 的 控 制 方 法 , 有 以 下 几 种 : a. V/F控制 V/F控 制 是 交 流 电 机 最 简 单 的 一 种 控 制 方 法 ,通 过 控 制 过 程 中 始 终 保 持V/F为 常 数 ,来 保 证 转 子 磁 通 的 恒 定 。然 而 V/F控 制 是 一 种 开 环 的 控 制
13、 方 式 ,速 度 动 态 特 性 较 差 ,电 机 转 矩 利 用 率 低 ,控 制 参 数 ( 如 加 / 减 速 度 等 ) 还需要根据负载的不同来进行相应的调整,特别是低速时定子电阻和逆变 器等器 件 开 关 延 时 的 存 在 , 系 统 可 能 会 发 生 不 稳 定 现 象 。 b. 转 差 频 率 控 制 转 差 频 率 控 制 引 入 了 速 度 闭 环 , 使 转 速 变 化 频 率 与 实 际 转 速 同 步 上 升 或 降 落 , 与 V/F控 制 相 比 , 加 、 减 速 更 为 平 滑 , 且 容 易 使 系 统 稳 定 。 但 是 转 差 频 率 控 制 并 未
14、 能 实 现 对 电 机 瞬 时 转 矩 的 闭 环 控 制 , 而 且 动 态 电 流 相 位 的 延 时 会 影 响 系 统 的 实 际 动 态 响 应 。 C.矢 量 控 制 矢 量 控 制 的 想 法 是 设 法 模 拟 直 流 电 动 机 的 控 制 特 点 来 进 行 交 流 电 动 机 的 控 制 。它 是 通 过 坐 标 变 换 实 现 定 子 电 流 励 磁 分 量 和 转 矩 分 量 的 解 耦 。把 交流 电 动 机 等 效 为 直 流 电 动 机 , 然 后 进 行 控 制 。 矢 量 控 制 方 法 的 提 出 , 使 交流 传 动 系 统 的 动 态 特 性 得 到
15、 了 显 著 的 改 善 , 这 无 疑 是 交 流 传 动 控 制 理 论 上的 一 个 质 的 飞 跃 。 但 是 经 典 的 矢 量 控 制 方 法 要 以 转 子 磁 链 定 向 , 需 要 先 求得 转 子 磁 链 的 相 位 , 然 后 才 能 进 行 坐 标 变 换 。 然 而 , 异 步 电 动 机 特 别 是 笼型 异 步 电 动 机 的 转 子 磁 链 是 无 法 测 量 的 , 只 有 实 测 电 机 气 隙 磁 链 后 , 再 经过 计 算 才 能 求 得 。 然 而 气 隙 磁 场 本 身 也 常 由 于 齿 谐 波 磁 场 的 影 响 而 难 以 测准 , 这 就
16、影 响 了 以 转 子 磁 场 定 向 的 矢 量 控 制 技 术 的 准 确 性 。 因 此 , 在 实 用上 转 子 磁 链 往 往 不 是 通 过 实 测 ,而 是 利 用 磁 链 观 测 器 ,根 据 电 机 的 电 压 、 电流 和 转 差 由 计 算 求 得 。 采 用 磁 链 观 测 器 可 以 避 免 直 接 测 量 电 机 磁 链 的 麻 烦 , 但 是 它 的 准 确 性 与 电 动 机 的 参 数 , 特 别 是 转 子 回 路 的 时 间 常 数 h = 有 关 。而 在 异 步 电 动 机 中 ,这 个 转 子 回 路 的 时 间 常 数 是 一 个 很 不 稳 定
17、的 参 数,随 着 电 动 机 的 温 度 和 转 差 率 的 变 化 , 值 可 能 有 相 当 大 的 变 化 ,这 使 磁链观测 器 的 准 确 性 受 到 很 大 影 响 。 d. 直 接 转 矩 控 制 直 接 转 矩 控 制 调 速 技 术 是 近 几 年 来 继 矢 量 控 制 调 速 技 术 之 后 发 展 起 来 的 一 种 新 型 的 具 有 高 性 能 的 交 流 变 频 调 速 技 术 。 其 思 路 是 把 电 机 与 逆 变 器 看 作 一 个 整 体 ,采 用 空 间 电 压 矢 量 分 析 方 法 在 定 子 坐 标 系 进 行 磁 通 、转 矩 计算 , 通
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- 关 键 词:
- 基于 模型 参考 模糊 自适应 异步电机 矢量 控制系统 研究
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