文献综述-异步电动机无速度传感器矢量控制系统的设计与分析

文献综述
电气工程及其自动化
异步电动机无速度传感器矢量控制系统的设计与分析前言：
电机分为两种，分别是直流电机与交流电机。

异步电机和同步电机则构成了交流电机。

这几种电机分别有优缺点:直流电机容易控制，调速也简单，所以它主要在变速传递动力领域得到了运用，但它的缺点是结构不简单，成本高，电刷经常被磨坏，维护不是很便利，对外部因素的要求比较高; 异步电机的结构不复杂，成本低，但是因为它的不简易的数学模型，比较难于实现对它的控制，所以长久以来它只在变速传动领域得到较多应用;同步电机的优点则是电源频率稳定的时候，其转速则保持恒定，但以前都存在着不容易起动、重载时振荡经常产生甚至是失去步骤的可能，故实际生产中应用很少。

但是在最近一段时间里，这种格局己经渐渐发生了变化，伴随着电力电子、微电子和控制技术的不断进步，提出了许多新的控制异步电机的技术，交流电机调速的发展解决了瓶颈，电气传递动力交流化的时代接踵而至。

交流变频调速系统对于调速的优越和起动、制动的性能还有高效省电的现象，变频调速方面的电机得到大量使用，它的容量、速度和电压等级都可以很高;调速系统体积小、重量轻、惯性小，运行可依靠性高，维护工作量少，适宜比较恶劣的工作环境，成本低廉。

由于变频调整速度技术尤其是矢量控制技术的突出特点，所以从一般工业技术到航空、航天军事工业，以至家电空调、精密伺服机器人控制等等，变频调速技术都有所涉及，渐渐的取代了直流调速。

过去因为直流调速系统调速方法不复杂、转矩的控制也不难，比较易于得到优良的动态特殊性质，所以高性能的传递动力系统都在对直流电机进行使用，直流调整速度系统在变速传递动力领域中有着不一般的位置。

但是直流电机的机械改变方向的器件结构不简单、需要经常的监测和修理、运行过程中经常冒出火星、制造需要的资金不低，致使直流传递动力系统的维持资金需求很大，特别是因为改变方向问题的存在，直流电机达到做成高速大容量的机组的目的。

主题：
本文较为简略的研究了异步电机无速度传感器矢量控制技术。

建立了异步电动机电压解耦矢量控制系统与基于模型参考自适应法的无速度传感器异步电动机矢量控制系统等，其中的
以模型参考自适应法为基础的无速度传感器矢量控制系统的模型参考自适应法是利用电动机定子电流方程与电压方程得到的传统的模型，并基于传统模型参考自适应法建立了一个更为优良的参数模型参考自适应法速度辨识数学模型，用以提高系统在低速时的速度辨识的精度。

以模型参考自适应法为基础的无速度传感器矢量控制系统，只要在有速度传感器矢量控制系统里加上模型参考自适应法，取消速度传感器。

其中采用的模型参考自适应法是对转子磁通进行估计的方法，它的转子磁链的希望的值就是异步电动机电压模型的输出值，电流模型的输出实际上当做是转子磁链的计算出来的值。

比较以上两个模型的输出值，推导出了自适应速度辨识的公式，做出一个用于估算转速的数学模型。

并且对它在高速和低速领域的稳定性进行理论上的分析。

电机转子磁场定向矢量控制的出现使得交流调速系统在性能上拥有了一个非常大的提高，而无速度传感器矢量控制系统更是对系统的鲁棒性与简易性的提高有很大帮助，但是这种系统还是要解决两个问题: 转子磁链的观测与对转速的估计，也就是运用检测到的电流、电机电压与电机的数学模型推测出电机转子转速与位置。

本文主要运用电机的基础的公式和理论，较为细致的研究了异步电机矢量控制和空间电压矢量脉宽调制的基本原理。

接着对交流异步电机的无速度传感器控制的估算转速步骤进行了很细致地研究，简单的阐述了MRAS、速度自适应转子磁链全阶状态观测器的基本原理，主要是对全阶速度自适应转子状态观测器的异步电机无速度传感器矢量控制方法进行了研究，详细的对控制系统的结构组成和实现方法进行了介绍，而且在MATLAB/Simulink中进行了仿真。

在电力电子器件、计算机技术和微处理器的迅猛发展期间，变频调速的控制技术和手段由变压变频、转差频率控制发展到了矢量控制变频调速技术，交流电机无速度传感器矢量控制三电平变频技术最近二三十年才发展起来的一项控制技术。

无速度传感器控制技术的发展从一般的有速度传感器的传递动力控制系统开始，处理问题的方法是运用检测的定子电压、电流等检测出来不复杂的量进行速度估计而代替速度传感器。

最主要的是对于转速信息的获取，且保持较高的控制精度并且满足实时控制的要求。

在中国，这方面的应用才发展了10多年，这一技术的发展，不仅仅是控制技术的进步和调速性能的优良所能概括的，它已经和节约能源和经济效益密切联系，成为影响国民经济发展的重要因素。

在外国，小到家用电器，大到交流电动机，都是采用了这项技术，其变频器类的产品的发展，有每两年也一次的更新速度。

无速度传感器异步电动机矢量控制研究提出为交流传动理论上的突破提供了帮
助。

矢量控制技术以坐标替换理论为基础，用转磁场的方向加以确定方向，在同步旋转坐标系中的转矩分量和励磁分量是相互垂直的，它们构成了定子的电流矢量。

定子电流转矩电流分量与励磁电流分量的解耦得到了成功实现，幅值由于控制转子磁链的不变遇不发生变化，直观化的转矩处理得以实现，使其线性机械特性和他励直电动机一样，矢量控制技术的运用使交流调速系统的动、静态性达到了直流双闭环调速系统的水平。

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