感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC參數(shù)辨識(shí)與控制方法的研究.pdf

1、近年來(lái)隨著智能控制理論、微處理器技術(shù)、電力電子器件以及電機(jī)調(diào)速控制理論的不斷發(fā)展,感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正朝著高性能和智能化的方向發(fā)展。其中感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Trorque Control,簡(jiǎn)稱(chēng)DTC)調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為目前感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中最有發(fā)展前途的高性能調(diào)速系統(tǒng)。
　　 DTC是繼矢量控制出現(xiàn)以后發(fā)展起來(lái)的電機(jī)高性能調(diào)速控制方式,它以其新穎的控制思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩控制直接、速度觀測(cè)能有效提高

2、系統(tǒng)的冗余、魯棒性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)良性能受到人們的廣泛重視,已成為感應(yīng)電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但目前感應(yīng)電視無(wú)速度傳感器DTC系統(tǒng)中仍有一些關(guān)鍵技術(shù),如電機(jī)低速時(shí)電機(jī)定子磁鏈辨識(shí)困難和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大以及運(yùn)行中電機(jī)參數(shù)受環(huán)境變化影響電機(jī)調(diào)速性能等問(wèn)題有待解決。為此,本文以感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC系統(tǒng)中定孑磁鏈、定子電阻、電機(jī)速度等重要參數(shù)的辨識(shí)方法和磁鏈與轉(zhuǎn)矩的控制策略展開(kāi)理論與實(shí)踐研究。
　　 在DTC辨識(shí)定子磁鏈參數(shù)的研究方

3、面,為了克服傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)積分累積誤差問(wèn)題,本文在對(duì)傳統(tǒng)的基于低通濾波器的定子磁鏈開(kāi)環(huán)辨識(shí)方法進(jìn)行原理分析的基礎(chǔ)上,研究了基于均值補(bǔ)償?shù)亩ㄗ哟沛滈_(kāi)環(huán)辨識(shí)方法,研究結(jié)果證明該方法能有效地消去積分器直流偏置的積分累積誤差。但開(kāi)環(huán)辨識(shí)器不具有消去誤差的自適應(yīng)能力,為此,本文通過(guò)將均值補(bǔ)償算法引入定子磁鏈參數(shù)閉環(huán)辨識(shí)器,提如了一種薪型基于PI校正的定子磁鏈閉環(huán)辨識(shí)器。仿真與實(shí)驗(yàn)研究表明,這種定子磁鏈閉環(huán)辨識(shí)方法,不僅保留了均值補(bǔ)償算法有效解決積

4、分器的累積誤差問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn),而且該定子磁鏈閉環(huán)辨識(shí)器對(duì)不確定干擾有一定的校正能力,改善了定子磁鏈參數(shù)辨識(shí)精度。
　　 在DTC辨識(shí)定子電阻參數(shù)的研究方面,由于定子磁鏈、速度和轉(zhuǎn)矩等主要參數(shù)的辨識(shí),依賴于控制對(duì)象電機(jī)模型的定子電阻參數(shù),而DTC系統(tǒng)的定子電阻受環(huán)境溫度等因素影響發(fā)生變化時(shí),使得感應(yīng)電機(jī)DTC控制性能會(huì)隨之下降,尤其低速時(shí)更為明顯。為了解決DTC系統(tǒng)定子電阻參數(shù)變化影響電機(jī)控制性能等問(wèn)題,本文采用模糊邏輯理論研究了定子

5、電阻變化與定子電流誤差之間的關(guān)系,并提出了一種基于定子電流誤差的模糊邏輯定子電阻參數(shù)辨識(shí)器。研究結(jié)果表明:這種新型定子電阻參數(shù)辨識(shí)器不僅具有算法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),還有效地改善了電機(jī)定子磁鏈和速度等參數(shù)的辨識(shí)精度和提高了DTC系統(tǒng)的速度和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)靜態(tài)控制性能。
　　 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC調(diào)速系統(tǒng)已成為高性能調(diào)速領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。但速度觀測(cè)存在算法復(fù)雜、低速精度受定子電阻變化影響嚴(yán)重等問(wèn)題。近年來(lái),在實(shí)現(xiàn)高性能

6、感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC系統(tǒng)運(yùn)行的研究中,人們廣泛運(yùn)用MRAS理論解決具有時(shí)變非線性特性的電機(jī)控制問(wèn)題。在DTC速度參數(shù)觀測(cè)的研究方面,本文在分析多種速度觀測(cè)方法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用MRAS理論提出了一種DTC交互式MRAS速度觀測(cè)器。這種交互式MRAS速度觀測(cè)方法,通過(guò)采用電機(jī)電壓模型作為參考模型和電機(jī)電流模型作為可調(diào)模型構(gòu)建了MRAS速度觀測(cè)器,并將參考模型和可調(diào)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)互換的方法,在實(shí)現(xiàn)速度觀測(cè)的同時(shí)在線辨識(shí)了定子電阻參數(shù)。仿真和

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:這種運(yùn)用穩(wěn)定性理論的交互式MRAS速度觀測(cè)新方法,由于消去了定子電阻變化的影響,獲得了穩(wěn)定的、高性能的速度觀測(cè),改善了感應(yīng)電機(jī)DTC系統(tǒng)低速時(shí)的動(dòng)靜態(tài)調(diào)速性能。
　　 傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)DTC系統(tǒng)采用磁鏈與轉(zhuǎn)矩滯環(huán)式控制,在360°空間中僅用六個(gè)基本的電壓空間矢量對(duì)電機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩直接控制,因而存在固有轉(zhuǎn)矩、磁鏈、電流脈動(dòng)大和開(kāi)關(guān)頻率不固定等問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)控制方法存在開(kāi)關(guān)頻率不固定等問(wèn)題,本文研究了細(xì)分的十二電壓空間矢量

8、的DTC-SVM控制方案。該方案將六個(gè)基本電壓空間矢量增加到十二個(gè)并在SVM中合成任意大小和方向的控制電壓矢量,使得DTC系統(tǒng)對(duì)定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩的控制更精細(xì),有效地降低低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為了進(jìn)一步改善DTC系統(tǒng)磁鏈與轉(zhuǎn)矩控制特性,本文將模糊PI自校正控制算法引入到磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)。這種模糊PI自校正調(diào)節(jié)器,將磁鏈與轉(zhuǎn)矩的誤差和誤差變化率作為模糊邏輯控制器的輸入,由模糊邏輯規(guī)則實(shí)時(shí)在線調(diào)整PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù),從而獲得優(yōu)良的磁鏈與轉(zhuǎn)

9、矩控制性能。仿真與實(shí)驗(yàn)研究表明:這種基于磁鏈與轉(zhuǎn)矩模糊PI自校正控制的DTC-SVM控制方案,不僅提高了系統(tǒng)的魯棒性和不同控制對(duì)象的適應(yīng)性,而且保證了DTC系統(tǒng)具有良好的磁鏈與轉(zhuǎn)矩跟蹤控制動(dòng)態(tài)品質(zhì),并使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與電磁噪聲得到了較好抑制。
　　 在Matlab7.8/Simulink仿真編程環(huán)境下,本文建立了傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)DTC系統(tǒng)仿真模型和改進(jìn)的感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC系統(tǒng)仿真模型,并對(duì)這兩種仿真模型進(jìn)行了仿真研究。仿真研究結(jié)

10、果驗(yàn)證了本文所提出的DTC參數(shù)辨識(shí)方法和磁鏈與轉(zhuǎn)矩控制方法的正確性。通過(guò)采用美國(guó)Microchip公司的數(shù)字信號(hào)處理器dsPIC30F6010A和日本三菱公司的IPM智能功率模塊PM50CLA120構(gòu)建了感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器DTC系統(tǒng),并在搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在軟件設(shè)計(jì)方面,本文采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程的方法,成功地完成了DSP控制軟件的研制工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)感應(yīng)電機(jī)的高性能控制。大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果證明了本文所提出的感應(yīng)電機(jī)