異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)低速性能改進的控制策略研究.pdf

1、異步電機是一個多變量、強耦合、非線性時變的復雜對象，影響其直接轉矩控制系統(tǒng)低速性能的因素較多，如定子磁鏈觀測誤差、定子電阻變化、電流檢測誤差、數(shù)字控制的離散效應、逆變器死區(qū)效應和控制系統(tǒng)采樣時間等。這些因素會引起直接轉矩控制系統(tǒng)低速運行時轉矩脈動大，定子磁鏈內陷和電流諧波嚴重，使低速運行性能惡化。本文針對這些因素影響低速性能的作用機理和改進低速性能的控制策略展開深入和綜合研究，以期對直接轉矩控制的實際應用具有促進作用。 論文首先

2、對低速運行轉矩脈動表達式進行了推導，對低速性能影響因素的產生和作用機理進行詳細分析。重點討論了定子磁鏈觀測方法及觀測誤差，磁鏈幅值和相位偏差、定子電阻變化和逆變器死區(qū)效應對低速性能的影響，為提出改進低速運行性能的方法和控制策略提供依據(jù)。 為了改善直接轉矩控制系統(tǒng)性能，引入空間電壓調制技術(SVM)，論文對單一工作電壓矢量加零矢量，兩工作電壓矢量加零矢量和離散空間電壓矢量調制(DSVM)三種調制技術的基本原理、系統(tǒng)構成及優(yōu)缺點進行

3、了對比研究。在傳統(tǒng)DSVM的基礎上，針對低速運行狀態(tài)零電壓工作矢量作用減弱，導致平均轉矩正向偏移的問題，提出了一種改進算法，優(yōu)化低速區(qū)扇區(qū)‘-’部分開關表，有效抑制了轉矩正向偏移現(xiàn)象，減小了轉矩脈動。 為了提高定子磁鏈估計精度，論文提出通過引入輔助變量改進遞推最小二乘電機參數(shù)辨識算法。首先推導出電機轉速小范圍變化的辨識算法，然后通過引入輔助變量獲得適用于轉速大范圍變化的辨識算法。這種參數(shù)辨識算法精度高，計算量小，便于在線實現(xiàn)。并

4、將它用于異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)，提高了定子磁鏈觀測精度，明顯降低了轉矩脈動和定子電流諧波。 無速度傳感器控制技術是異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的重要研究方向，但現(xiàn)有的速度辨識方法低速運行時速度辨識精度低，而且主要是針對異步電機矢量控制系統(tǒng)的。本文提出了一種新型的基于模型參考自適應控制(MRAC)的速度磁鏈自適應觀測器速度辨識方法，利用MATLAB進行磁鏈觀測器極點的配置，最終得到目標增益矩陣。再根據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性理論確定速度自適

5、應律。觀測器以定子電流和定子磁鏈為狀態(tài)變量，將定子磁鏈觀測值直接應用于直接轉矩控制算法中，簡化了系統(tǒng)結構，改善了辨識算法的時間復雜度，提高了極低速運行時的速度辨識精度。 引入人工智能方法，在模型參考自適應辨識轉速和磁鏈的基礎上，提出了一種基于神經元的異步電機轉速辨識方法，相對于傳統(tǒng)模型參考自適應方法計算簡單，辨識精度高，無須計算反饋增益矩陣，便于實現(xiàn)。 針對逆變器死區(qū)效應對異步電機直接轉矩控制低速性能的影響，綜合比較了三

6、種不同的死區(qū)補償方法。對PBDTC死區(qū)補償算法進行了詳細分析，針對定子電流零點附近極性難以檢測的問題，提出了一種電流極性檢測的改進方法，通過檢測續(xù)流二極管端電壓獲得電機電流極性，并用于基于時間補償?shù)乃绤^(qū)效應補償算法。借助MATLAB/Simulink仿真工具，驗證了改進的PBDTC補償算法的補償效果。 研究和開發(fā)了37KW異步電機交流調速系統(tǒng)的實驗平臺。該實驗平臺包括主控制柜、勵磁電源柜、37KW異步電機一直流發(fā)電機組和實驗操作

7、測試臺，進行了硬件和軟件設計。該實驗平臺可以完成VVVF控制、轉差頻率控制、矢量控制和直接轉矩控制等各種交流調速系統(tǒng)實物和半實物仿真實驗。還設計和開發(fā)了基于時序控制的數(shù)字仿真平臺，為全數(shù)字化控制系統(tǒng)的仿真提供了更加接近實際控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的解決方案。在實驗平臺上實現(xiàn)了傳統(tǒng)開關表直接轉矩控制算法和基于離散空間電壓矢量調制的直接轉矩控制及其改進算法的仿真和實驗研究。仿真和實驗結果均表明基于離散空間電壓矢量調制的直接轉矩控制及其改進算法可以有