【摘要】：間接矢量控制方案因具有結構簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點成為當前應用于異步電機驅動控制的主流方案。決定系統(tǒng)性能的轉子磁場定向準確性取決于控制系統(tǒng)中轉子時間常數(shù)的精度,而在電機運行過程中,電機轉子時間常數(shù)會因磁路飽和、溫度變化等因素發(fā)生明顯變化。轉子時間常數(shù)的不匹配將直接導致轉子磁場定向出現(xiàn)偏差,致使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能惡化。因此,如何準確的在線辨識轉子時間常數(shù)成為當前學術界研究的焦點課題�；谀Ｐ蛥⒖甲赃m應控制系統(tǒng)(model reference adaptive system,MRAS)的轉子時間常數(shù)在線辨識方案因具有物理概念清晰、易于實現(xiàn)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點而受到青睞。但是,就當前研究而言,在有速度傳感器的情況下,為了進一步提升MRAS辨識算法性能,仍然存在如下問題有待研究解決:(1)尚未揭示基于不同物理量的MRAS辨識系統(tǒng)之間的內在關系,方案的優(yōu)化選擇缺少理論基礎;(2)比例積分自適應律參數(shù)多為試湊選取,缺少優(yōu)化設計,難以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能的優(yōu)化;(3)現(xiàn)有辨識方案多為針對轉子電阻的單一辨識方案,難以克服寬弱磁調速場合中勵磁電感變化的問題;(4)鐵耗和雜散損耗與轉子時間常數(shù)辨識之間的耦合問題鮮有研究。本文針對上述問題開展研究并提出了系列解決方案,發(fā)展了MRAS及參數(shù)辨識理論。借助李雅普諾夫穩(wěn)定理論和波波夫超穩(wěn)定理論,提出了基于MRAS辨識算法的統(tǒng)一數(shù)學模型,揭示了不同辨識方案之間的內在統(tǒng)一性,并為辨識方案的優(yōu)化選擇提供了理論基礎。同時,也據(jù)此證明了通過融合定子頻率、q軸定子電流等信息對自適應律進行完善能夠擴大辨識模型的有效工作區(qū)間。此外,根據(jù)統(tǒng)一數(shù)學模型所建立的辨識系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)不僅揭示了該類辨識系統(tǒng)具有高度非線性特征,而且為辨識系統(tǒng)斜坡響應的解析分析提供了基礎。以無功功率、轉矩和定子電流點乘轉子磁鏈三個典型MRAS辨識算法為例,利用線性化理論建立了小信號模型,對參數(shù)辨識系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題進行了深入研究,為MRAS中比例積分自適應律參數(shù)的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。針對無功功率模型,本文在自適應律中引入定子頻率信息的基礎上,通過調節(jié)器參數(shù)的優(yōu)化設計增強了系統(tǒng)收斂性。針對轉矩模型,本文證明錯誤平衡點的存在導致辨識系統(tǒng)僅適用于電機重載工況,同時給出了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的調節(jié)器參數(shù)選取范圍。針對定子電流點乘轉子磁鏈模型,本文提出依據(jù)電機運行工況對磁鏈估計模型中的定子電阻值進行調整以保證系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。本文提出一種轉子時間常數(shù)和勵磁電感的并行辨識方案,有效地克服了勵磁電感偏差對轉子時間常數(shù)辨識的影響。該方案的核心是在定子電流點乘轉子磁鏈模型辨識轉子時間常數(shù)的基礎上,綜合轉子磁鏈幅值和相位誤差信息實現(xiàn)勵磁電感的在線辨識。為了獲得參考轉子磁鏈,本文提出了一種基于直流偏置雙反饋補償?shù)母倪M電壓模型磁鏈觀測器。與現(xiàn)有方案相比,所提改進電壓模型不僅可以完全消除估計磁鏈中的直流偏置問題,而且可以實現(xiàn)磁鏈的快速跟蹤。針對鐵耗和雜散損耗兩個非理想因素,本文采用在并聯(lián)鐵耗模型中引入串聯(lián)雜散損耗模型的建模方式,并據(jù)此提出了兩種補償方案,以解決鐵耗和雜散損耗對轉子時間常數(shù)辨識的影響問題。方案一是立足于矢量控制系統(tǒng),在獲知電機磁滯、渦流、雜散損耗系數(shù)的情況下直接對指令電流和轉差頻率進行修正。方案二是通過改進無功功率模型在線辨識包含鐵耗和雜散損耗在內的等效轉子時間常數(shù),從而獲得近似準確的磁場定向,并通過指令電流的修正實現(xiàn)期望轉矩、磁鏈的輸出。另外,通過方案二獲得的等效轉子時間常數(shù)可以對電機磁滯、渦流、雜散損耗等系數(shù)進行擬合,進而為相應修正過程提供必要信息并避免繁瑣的離線測試過程。
【圖文】：

晰、易于實現(xiàn)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點而受到青睞[11]。但是，就當前研算法仍然存在如下問題有待研究解決：(1) 基于不同物理量的擇缺少理論基礎；(2) 比例積分自適應律參數(shù)多為試湊選取，定性和動態(tài)性能的優(yōu)化；(3) 現(xiàn)有辨識方案多為針對轉子電阻難以克服寬弱磁調速場合中勵磁電感變化的問題；(4) 鐵耗和間常數(shù)辨識之間的耦合問題鮮有研究。所述，雖然異步電機控制是一個相對成熟的課題，但由于其在方面仍然沒有出現(xiàn)廣泛認可的方案。因此，有必要對轉子時間術難點進行深入研究，以尋求優(yōu)化辨識方案進而提高電機控制的國內外研究現(xiàn)狀，中、低壓變頻器中應用較多的硬件拓撲結構是如圖 1.1 所示逆變器[12]。在通用變頻器中，，可通過電網(wǎng)電壓整流來建立直流母（electric vehicle，EV）用電機控制器的直流側電壓則由車載電

第一章 緒論散化積分算法來實現(xiàn)轉差頻率計算中的積分環(huán)節(jié)[13]；如果矢量控制節(jié)器設計良好，可考慮使用定子電流指令值代替實際反饋值來計算可以避免在定子頻率中引入不必要的干擾噪聲，進而提高系統(tǒng)抗定向角度和定子電流的基礎上，通過定子電流指令值和反饋值的誤例積分（proportional-integral，PI）控制獲取指令電壓，然后通過空術獲得驅動功率器件的開關信號。間接磁場定向角度的獲取本質上電流模型磁鏈觀測器。如果可以通過其他磁鏈觀測器得到估計轉子度 也可以由轉子磁鏈 軸分量反正切運算查表或者通過鎖相環(huán)求直接磁場定向控制（direct field orientation control，DFOC）的基本磁場定向控制相比，間接矢量控制策略因其可靠性高、穩(wěn)定性好等機驅動場合中受到更多青睞[2], [10]。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM343

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 燕俊峰;王曉琳;廖啟新;;一種利用轉矩觀測矯正異步電機轉子磁場定向的方法[J];中國電機工程學報;2015年17期

2 張杰;柴建云;孫旭東;陸海峰;;基于反電動勢與磁鏈正交性的異步電機電壓模型積分改進算法[J];電工技術學報;2014年03期

3 陳偉;金辛海;蔡亮;徐殿國;;異步電機V/f控制系統(tǒng)輕載穩(wěn)定性仿真研究[J];中國電機工程學報;2013年S1期

4 郭磊磊;張興;楊淑英;謝震;;一種改進的異步電機轉子磁場定向校正算法[J];中國電機工程學報;2013年24期

5 王高林;楊榮峰;張家皖;于泳;馬建雄;蔡亮;徐殿國;;一種感應電機轉子時間常數(shù)MRAS的在線辨識方法[J];電工技術學報;2012年04期

6 陳偉;于泳;徐殿國;徐壯;;基于自適應補償?shù)漠惒诫姍C靜止參數(shù)辨識方法[J];中國電機工程學報;2012年06期

7 孫大南;劉志剛;刁利軍;林文立;;牽引電機矢量控制轉子磁場準確定向實時校正策略[J];電工技術學報;2011年09期

8 賀艷暉;王躍;王兆安;;異步電機參數(shù)離線辨識改進算法[J];電工技術學報;2011年06期

9 文曉燕;鄭瓊林;韋克康;王琛琛;;帶零漂補償和定子電阻自校正的磁鏈觀測器[J];中國電機工程學報;2011年12期

10 陳偉;楊榮峰;王高林;于泳;徐壯;徐殿國;;新型電壓矢量控制算法極低速性能研究[J];中國電機工程學報;2010年15期

相關博士學位論文 前3條

1 孫偉;感應電機無速度傳感器矢量控制低速運行技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

2 趙力航;感應電機狀態(tài)觀測與參數(shù)在線辨識技術[D];浙江大學;2016年

3 王凱;基于電壓電流組合模型磁鏈觀測器的感應電機無速度傳感器控制關鍵技術研究[D];浙江大學;2014年

本文編號：2589718