無速度傳感器感應電機高階滑?？刂品椒ǖ难芯?pdf

1、隨著電力電子技術和自動控制理論的不斷發(fā)展,感應電機在伺服領域中逐漸得到了應用。感應電機因具有結構簡單、可靠性高、易于維護以及成本低廉等特點,使其在伺服控制領域具有很強的競爭力。但由于感應電機是多變量、強耦合的非線性系統(tǒng),且轉子磁鏈難以獲取,同時其控制系統(tǒng)中存在著諸如參數(shù)攝動和負載轉矩擾動等不確定性,這些因素導致了實現(xiàn)感應電機高性能控制難度較大。因此,研究感應電機的控制策略及相關技術,不僅具有重要的理論意義,而且具有很高的實際應用價值。論

2、文以基于轉子磁鏈定向的感應電機轉速控制系統(tǒng)為研究對象,對感應電機的磁鏈觀測技術、無速度傳感器技術、再生能量回饋系統(tǒng)控制策略以及感應電機轉速控制策略進行了深入的理論研究。
　　為了能夠準確觀測感應電機轉子磁鏈,為實現(xiàn)電機轉子磁鏈定向控制提供必要條件,本文提出了一種基于非奇異終端滑模和高階滑模的閉環(huán)轉子磁鏈觀測器。首先,分析了感應電機的可觀測性,為轉子磁鏈觀測器的設計提供理論依據。然后,結合非奇異終端滑模和高階滑模,設計了高階非奇異終

3、端滑模轉子磁鏈觀測器;通過設計非奇異終端滑模面,提高了滑模觀測器的響應速度;通過設計高階滑?？刂坡?消除了常規(guī)滑模觀測器的抖振現(xiàn)象,從而省去了低通濾波環(huán)節(jié),避免了常規(guī)滑模觀測器由于外加低通濾波器而導致磁鏈觀測值相位滯后的問題,達到了提高觀測器精度目的。最后,對所提方法進行了仿真實驗,結果表明,較常規(guī)滑模觀測器,所提觀測器有效的抑制了抖振現(xiàn)象,提高了磁鏈觀測精度,并對電機參數(shù)攝動及外部負載擾動具有較強魯棒性。
　　為了實現(xiàn)感應電機的

4、無速度傳感器控制,本文提出了一種全局高階滑模轉速觀測器。首先,分析了轉子參數(shù)變化對電機矢量控制系統(tǒng)的影響。然后,針對常規(guī)滑模觀測器趨近運動階段不具備良好魯棒性,以及收斂速度慢的問題,設計了全局非奇異終端滑模面,保證系統(tǒng)狀態(tài)在初始時刻即處于滑模面上,消除了常規(guī)滑模控制的趨近運動階段,使滑模觀測器在整個響應過程均具有良好的魯棒性;非奇異終端滑模保證了系統(tǒng)狀態(tài)能夠在有限時間內收斂,提高了觀測器的響應速度;為了維持系統(tǒng)狀態(tài)的滑動運動,設計了高階

5、滑模控制律,得到了平滑、無抖振的控制信號,可直接用于電機轉速及轉子時間常數(shù)的辨識。最后,利用仿真實驗對所提方法進行驗證,結果表明,所提觀測器能夠快速、準確地觀測到電機轉速及轉子時間常數(shù),具有良好的魯棒性。
　　為了保證電機再生能量回饋系統(tǒng)具有較強的魯棒性,能夠將制動過程中電機產生的再生能量高質量地回饋至電網,實現(xiàn)電機節(jié)能運行,本文提出了感應電機能量回饋系統(tǒng)的模糊高階滑?？刂品椒āＪ紫?分析了感應電機再生能量的回饋過程。然后,考慮到

6、能量回饋系統(tǒng)控制的性能主要取決于回饋電流的控制,針對電流環(huán),設計了模糊高階滑模電流控制器;利用高階滑模控制,保證能量回饋系統(tǒng)具有較強的魯棒性,并使抖振現(xiàn)象得到有效抑制,提高了回饋電流的控制精度;通過設計模糊控制器,建立了高階滑?？刂坡稍鲆媾c系統(tǒng)狀態(tài)之間的關系,實現(xiàn)了滑模控制增益在線調節(jié)。最后,對所提方法進行了仿真實驗,結果表明,所設計的模糊高階滑模控制系統(tǒng),實現(xiàn)了電機再生能量高功率因數(shù)正弦電流回饋至電網,并且對系統(tǒng)負載變化具有較強的魯棒

7、性。
　　為了提高感應電機轉速控制系統(tǒng)的動靜態(tài)性能,本文提出了一種基于負載轉矩自適應的轉速高階滑?？刂品椒āＪ紫?通過設計非奇異終端滑模面,保證電機轉速、直軸和交軸電流能夠在有限時間內收斂。然后,針對負載轉矩變化頻繁的特點,設計了一種具有負載轉矩自適應的高階滑模轉速控制器,實現(xiàn)了負載轉矩及轉動慣量的在線估計,提高了系統(tǒng)的魯棒性。最后,針對動態(tài)過程中,電機勵磁電流和轉矩電流之間存在耦合電壓的問題,通過電壓前饋補償,實現(xiàn)了定子電流動態(tài)

8、解耦,使電機勵磁電流和轉矩電流具有完全獨立的動態(tài)特性,提高了電機電流控制的動態(tài)性能;針對解耦后的定子電流,設計了二階滑模電流控制器,提高了電機定子電流的控制精度。仿真結果表明,所提方法具有響應速度快,跟蹤精度高的特點,并對負載擾動變化具有較強的魯棒性。
　　通過本文的研究,實現(xiàn)了感應電機的無速度傳感器控制。利用所設計的高階滑模轉子磁鏈觀測器,實現(xiàn)了轉子磁鏈的準確觀測。利用全局滑模轉速觀測器實現(xiàn)了電機轉速實時估計。針對電機制動過程產