异步电机无速度传感器矢量控制系统研究

为提高异步电机控制系统的可靠性和适应性,提出了一种基于DSP(TMS320C32)的无速度传感器异步电机矢量控制系统,介绍了异步电机矢量控制的基本方程式,并根据这些基本方程式分别建立了改进的电压型转子磁链的估算模型和PI自适应速度估计算法,并给出了部分仿真结果。系统的实验结果表明,这种基于DSP的无速度传感器异步电机矢量控制系统具有良好的性能。
。 首先,从异步电机数学模型出发,根据直接转矩控制的基本原理,采用空间矢量法,给出了电压空间矢量下逆变器的数学模型,分析了电压空间矢量对定子磁链和电动机转矩的影响。并在此基础上给出了转矩滞环与磁链滞环的控制框图,确定了电压矢量开关选择表,根据选择表生成电压开关状态信号。其次,分析了目前传统的异步电机定子磁链的观测方法,指出各自的实质及优缺点,并在传统磁链观测的基础上,分别采用加入低通滤波器的磁链观测器、带有磁链限幅功能的磁链观测器、带有幅值和相位补偿的磁链观测器对传统算法进行了改进。再次,从理论上分析了传统速度辨识方法的基本思想和优缺点,根据传统速度观测算法,进行了改进,采用了三种模型参考自适应控制的计算方法,并在此基础上,通过对参考模型与可调模型的分别改进,提高了速度观测器的精度与跟随性。然后,以MATLAB仿真软件为基础建立了异步电机的仿真模型,并在此基础上采用改进的定子磁链观测器,对改进的直接转矩控制系统进行了建模仿真,同时加入改进的模型参考自适应速度辨识模块,对系统进行了仿真分析,验证了所提出方法的有效性。 最后,进行了系统的软硬件设计。设计完成了以LF2407A 为核心的DSP控制电路板,IPM 的I/O驱动与隔离电路,信号采集与控制电源的电路原理图与PCB板图,并在此基础上完成了CCS2000下的控制程序,完成了无速度传感器直接转矩控制系统的数字化设计。
作者:林森
学位授予单位:中南大学
1.学位论文韩利异步电机无速度传感器控制理论和应用研究2007
交流异步电机具有结构简单坚固、造价低廉、工作可靠、调速范围大、维护方便等突出优点,随着微处理器和电力电子技术的发展,交流异步电机在电气传动中得到越来越多的应用。无速度传感器的交流异步电机控制系统免除了速度传感器带来的安装、连接、调试等诸多问题,提高了系统可靠性。从20世纪70~80年代以来,交流异步电机无速度传感器驱动控制系统一直是国际电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传动界普遍关心的一项研究课题和开发项目。本文对交流异步电机的无速度传感器矢量控制的理论、技术、实验和应用进行了研究。 本文提出了基于Luenberger状态观测器的一种新型的无速度传感器控制方法。构建了变系数反馈矩阵的Luenberger状态观测器;应用模型参考自适应控制理论,根据Lyapunov稳定性定理推导出基于滤波器方式的速度辨识自适应机制。仿真结果表明了本文所提出无速度传感器控制方法的正确性。 定子电压重构是无速度传感器控制实现必不可少的共性关键技术,本文提出并实现了基于PWM占空比硬件测量和管压降软件补偿的定子电压重构技术,实验验证了所提出电压重构方法的有效性。 采用电机控制领域先进的32位高速DSP-TMS320F2812,独立开发了一套数字化交流电机控制平台。该平台硬件系统具有功能强大和扩展容易等优点,软件平台采用面向对象的编程思想,分层次模块化实现控制策略,具有可重用性强等优点。基于所研发的数字化交流电机控制平台,实现了异步电机控制的半实物实时仿真技术。
5.期刊论文吴姗姗.李永东.WU Shan-shan.LI Yong-dong一种新型极低速异步电机无速度传感器控制方法-电气
传动2008,38(9)
提出了一种基于信号注入的新型极低速异步电机无速度传感器矢量控制方法.该方法通过注入低频定子电流信号得到转子位置角度误差,并进而估计电机转速.该方法不依赖于异步电机的非理想特性,仅由基波模型就可实现极低速段的转速估计.此外,该方法还具有较强的电机参数鲁棒性.仿真及实验结果证明,基于低频信号注入的方法可以很好地实现异步电机在极低速段的无速度传感器矢量控制.
中南大学
硕士学位论文
异步电机无速度传感器矢量控制系统研究
姓名:林森
申请学位级别:硕士
专业:电力电子与电力传动
指导教师:申群太
20080506
异步电机无速度传感器矢量控制系统研究
2.会议论文李洁.钟彦儒异步电机无速度传感器控制技术研究现状与展望2007
异步电机无速度传感器控制技术已经成为近年的研究热点.转速估计是异步电机无速度传感器控制技术的核心问题.本文对各种常见的异步电机转速估计方法进行了评价,指出了各方法的优、缺点及其适用场合.展望了今后研究的热点方向.预测了无速度传感器控制技术可能的发展方向。
设计搭建了交流异步电机无速度传感器控制实验平台,实现了转子磁场定向的无速度传感器控制。实验结果表明,本文提出的无速度传感器控制算法具有良好的工作性能,不但可以工作于速度阶跃动态运行条件下以及低速和零速等运行条件下,而且对定子电阻和转子电阻变化具有鲁棒性。最后,本文的无速度传感器控制算法以及软硬件控制系统在国家“863”计划项目/北京科技奥运项目一“纯电动大客车电机及控制系统”上进行了应用研究,实验结果进一步表明了本文无速度传感器控制算法的可行性以及数字化控制平台的可靠性。
6.学位论文廖文建异步电机无速度传感器矢量控制系统的研究2008
随着电力电子技术的进步,计算机技术的飞跃发展,以此为基础的交流电机调速技术也取得了长足的进步,异步电机的无速度传感器矢量控制技术作为现代交流传动控制的一个重要研究方向,逐渐成为研究的热点。 本文在掌握无速度传感器矢量控制原理的理论基础上,对基于模型参考自适应系统和基于转速自适应转子磁链观测器的矢量控制系统进行了仿真,并对实现系统所需的软硬件进行了设计。 首先分别对交流电机控制技术和无速度传感器矢量控制技术的发展过程进行了综述,归纳并比较了各种控制方法的优缺点。接着阐述了矢量控制、坐标变换、空间电压矢量调制的基本原理,并介绍了异步电机在不同坐标系下的数学模型,为进一步研究异步电机无速度传感器矢量控制提供了理论基础。其次介绍了基于模型参考自适应系统和基于全阶速度自适应转子状态观测器的两类无速度传感器矢量控制的原理,并对后者的状态观测方程、转速自适应规律、反馈增益矩阵进行了详细的推导。在此基础上,在MATLAB/Simulink环境下对基于模型参考自适应系统和基于全阶速度自适应转子状态观测器的无速度传感器矢量控制系统进行了仿真,并对仿真结果进行了对比、分析。最后,本文以TMS320F2810 DSP为核心,进行了无速度传感器矢量控制系统的软硬件设计。 仿真结果表明本文所采用的两种无速度传感器矢量控制系统是有效的、合理的。由于全阶速度自适应转子状态观测器采用了误差校正环节,其转速估算的精度比模型参考自适应系统的估算精度要高。
TMS320F2812为核心构成控制器,实现异步电机无速度传感器直接转矩控制系统数字化的方案。
4.期刊论文邱阿瑞.尹雁.王光辉.李永东.Qiu Arui.YIN Yan.Wang Guanghui.Li Yongdong基于DSP的无速度传感
器异步电机矢量控制系统-清华大学学报(自然科学版)2001,41(3)
7.期刊论文徐中领.XU Zhong-ling一种异步电机无速度传感器矢量控制转速辨识方法-电气开关2007,45(1)
提出了一种交流异步电机无速度传感器矢量控制的转速辨识方法,转速估算和磁链观测基于异步电机按转子磁场定向的动态数学模型.以
MATLAB/SIMULINK内含的电气系统模块为基础,建立异步电机无速度传感器矢量控制的仿真模型.最后给出了系统仿真结果,通过仿真实验波形说明了所建模型的正确性,控制系统具有满意的辨识精度、优良的动静态性能和较高的控制效果.
9.学位论文于焰均无速度传感器的无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究2009
无轴承电机是一种集驱动和自悬浮功能于一体的新型磁悬浮电机。与传统磁悬浮电机悬浮机理不同,它利用磁轴承结构和交流电机定子结构的相似性,把电枢绕组和悬浮控制绕组共同绕制在电机的定子上,利用悬浮绕组产生的磁场来改变电机内气隙磁场的分布,从而实现转轴的悬浮工作。该电机自20世纪90年代提出以来,目前已逐步成为交流电机领域一个新的研究热点。 无轴承异步电机是一个强耦合、非线性多变量复杂系统,本文重点研究了无轴承异步电机的基础理论,建立了数学模型,研究了基于磁场定向的无轴承异步电机控制系统,对无轴承异步电机的无速度传感器技术进行了研究,设计了数字控制系统,具体内容为: 首先,介绍了无轴承异步电机径向悬浮力的产生原理,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型。针对电机电磁转矩和径向悬浮力之间的耦合特性,提出了无轴承异步电机的定子磁场定向控制的解耦方法,设计了自适应磁链观测器,低速时工作于I—ω法转子磁链观测模型,高速时工作于U—I模型,实现了全速范围内的磁链观测。对于悬浮绕组采用了悬浮力反馈控制系统,将从位置PID控制器得到的径向悬浮力和由偏心引起的单边磁拉力反馈结合起来,得到实际作用的径向控制力。对于径向力绕组采用了d轴电流直接求解的控制策略。利用Matlab/simulink工具对这种控制系统进行了仿真。仿真实验表明这种控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且基本实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦。 其次,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的无轴承异步电机矢量控制系统,构成了无速度传感器无轴承异步电机定子磁场定向控制系统。利用Matlab建立了仿真模型,并做了各种转速下的仿真,通过仿真验证了该控制系统具有较好的性能。 最后,基于对定子磁场定向控制策略的分析,应用TMS320F2812 DSP构建了数字控制系统的硬件,开发了数字控制系统的软件,给出了各个功能模块的流程图。
8.学位论文李锦异步电机无速度传感器直接转矩控制系统研究2007
随着工业的发展,对交流调速系统的要求也随之增加,系统控制性能的要求也在提高。目前,无速度传感器直接转矩控制成为交流传动研究的热点,它摈弃了传统的速度传感器,采用直接转矩的控制方式,通过间接的方式对速度进行观测。本文着重于异步电机直接转矩控制系统的设计、定子磁链观测器的设计、无速度传感器的设计、无速度传感器直接转矩控制系统仿真的研究,并以 DSP 为控制核心,进行了无速度传感器调速系统的数字化设计