感應電機狀態(tài)觀測與參數在線辨識技術.pdf

1、電機傳動系統是現代工業(yè)社會中最重要的能量轉化方法。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的推進，電能在終端能源消費的比重也大幅提高，電機供能占了社會總用電量的一半以上，這其中大部分又供給了三相鼠籠式感應電動機。然而，我國電機傳動以及系統控制技術仍遠遠落后于國外，在產品效率等重要指標上缺乏競爭力。隨著電力電子技術、芯片技術的飛速發(fā)展和控制理論的日漸完善，有必要借助這些新進展來實現我國先進交流調速技術的研發(fā)與升級，以滿足生產生活的需要，和能源節(jié)流的迫切

2、需求。本文以三相鼠籠式感應電動機變頻調速系統的狀態(tài)觀測與參數在線辨識為研究目標，先分析了不同控制方法以及電機工況下的狀態(tài)觀測與參數辨識需求，而后以理論分析為基礎，仿真與實驗為手段，針對間接磁場定向控制下的感應電機多個關鍵參數的在線并行辨識問題做了深入的研究。
　　本研究主要內容包括：⑴從感應電機數學模型建模與分析出發(fā)，闡述了三種基于數學模型，且解決定子電阻變化問題的無速度傳感器技術。在具體的對比分析中，分別推導了它們的自適應律、誤

3、差傳遞函數和工作穩(wěn)定區(qū)域。根據上述分析，穩(wěn)定區(qū)域大且結構簡單的“基于轉子磁鏈觀測的轉速與定子電阻并行辨識方案”，其性能的主要瓶頸就是存在純積分環(huán)節(jié)。為此，提出一種解決純積分問題的新思路，即設計一種直接獲得轉子磁鏈微分值的觀測器，并在轉子磁鏈微分值的基礎上重新推導轉速與定子電阻并行辨識的自適應律。該觀測器根據高階滑模理論中的Super-Twisting算法構建，既獲得了較好的動態(tài)性能，又有效抑制了滑模固有的抖振，而且對轉子時間常數變化有很

4、強的魯棒性。設計實驗，結果驗證了文中所提方案的優(yōu)勢與有效性。⑵從可觀性角度，對轉速與轉子時間常數同時辨識的可行性進行分析。由于兩者之間存在深度的耦合，要想滿足它們同時可觀，轉子磁鏈幅值就不能保持不變，而這一點與感應電機的穩(wěn)定運行矛盾。因此本章暫不討論轉速估計方法，而是在轉速已知的前提下，研究了轉子時間常數的在線辨識方法與準確性驗證方法。從感應電機數學模型出發(fā)，分別用帶遺忘因子的遞推最小二乘法和調整后的粒子群尋優(yōu)算法實現了轉子時間常數的在

5、線辨識。通過實驗結果，驗證了調整后粒子群尋優(yōu)算法相比最小二乘法在抗噪聲方面的優(yōu)勢。而后，分析轉子時間常數值不準確對轉子磁場定向的影響，并據此提出借助轉子磁場定向原理來驗證與校正轉子時間常數辨識值的方法。⑶深入探討了轉速估計的一種新思路，即基于感應電機轉子槽效應，設法獲取轉子槽諧波中的轉速信息。據此提出一套方案，通過提取槽諧波實現轉速估計后，再基于數學模型來辨識轉子時間常數。該方案避免了兩個參數深度耦合導致的可觀性問題。文中詳細闡述了轉子