【摘要】：感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)電力拖動系統(tǒng)中占有重要地位。然而同國外企業(yè)相比,國內(nèi)變頻器企業(yè)在高端市場應(yīng)用領(lǐng)域占有率很低,核心技術(shù)發(fā)展相對落后,因此高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)研究對我國變頻技術(shù)行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。此外,雖然感應(yīng)電機(jī)變頻控制理論已經(jīng)發(fā)展的比較成熟,但是其在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域仍然存在一些技術(shù)難點(diǎn)沒有徹底解決；隨著電力電子技術(shù)不斷進(jìn)步及先進(jìn)數(shù)字控制芯片的使用,有必要進(jìn)一步研究合適的控制算法,發(fā)掘其技術(shù)難點(diǎn)的最終解決方案。再者,變頻調(diào)速系統(tǒng)在新的應(yīng)用場合——例如電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域——也遇到一些挑戰(zhàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決新的應(yīng)用難點(diǎn)對變頻調(diào)速系統(tǒng)的未來發(fā)展十分有意義。本文以實(shí)現(xiàn)高性能無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)矢量控制為主要目標(biāo),深入研究了基于電壓電流組合模型觀測器的變頻系統(tǒng)控制性能和算法,并在此基礎(chǔ)上嘗試解決現(xiàn)代感應(yīng)電機(jī)控制的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),主要包括： 首先,作為高性能變頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),感應(yīng)電機(jī)離線參數(shù)辨識成為本文的首要研究對象。由于現(xiàn)有離線參數(shù)辨識方案針對不同電機(jī)參數(shù)采用的硬件及程序配置并不統(tǒng)一,本文在調(diào)研一系列離線參數(shù)辨識方法的基礎(chǔ)上,以工業(yè)實(shí)用性為主要目標(biāo),整合優(yōu)化了一套感應(yīng)電機(jī)離線參數(shù)辨識方法。此外,大部分應(yīng)用場合很難保證傳統(tǒng)堵轉(zhuǎn)和空載旋轉(zhuǎn)的離線辨識條件,而在保持轉(zhuǎn)子靜止實(shí)現(xiàn)參數(shù)辨識的現(xiàn)有方案中,逆變器非線性誤差又對辨識精度產(chǎn)生很大影響,因此本文提出一種基于直流偏置激勵(lì)的離線參數(shù)辨識方案——從而避免了逆變器非線性誤差對辨識結(jié)果造成的影響,最終實(shí)現(xiàn)了電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確辨識并得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 其次,本文研究了感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁曲線辨識方法。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度,勵(lì)磁曲線辨識及更新技術(shù)在變磁鏈控制中占有重要地位,而變磁鏈控制正是高性能變頻驅(qū)動器最優(yōu)效率算法的核心。傳統(tǒng)勵(lì)磁曲線辨識方法通�；谔囟僭O(shè)函數(shù)的曲線擬合方案,其缺點(diǎn)是最終辨識結(jié)果因假設(shè)函數(shù)不同而各異。本文提出一種基于斜坡電壓激勵(lì)直接計(jì)算獲取勵(lì)磁曲線的辨識方案——從而避免了曲線擬合算法對特定假設(shè)函數(shù)的依賴性。本文提出的方案實(shí)施簡單方便,其辨識原理的正確性得到了仿真驗(yàn)證,且在最優(yōu)效率實(shí)驗(yàn)中同傳統(tǒng)曲線擬合方案作了詳細(xì)對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文提出的方案具有良好的實(shí)用性能。 再次,本文研究了電壓電流組合模型發(fā)電狀態(tài)穩(wěn)定性能的改進(jìn)。相較于其它觀測器,電壓電流組合模型具有結(jié)構(gòu)簡單和參數(shù)敏感性小等諸多優(yōu)點(diǎn),但是其在發(fā)電狀態(tài)下存在不穩(wěn)定工作區(qū)域,目前尚無有效解決方案。實(shí)際上,電梯等提升類負(fù)載應(yīng)用場合通常需要變頻器工作在發(fā)電狀態(tài),且對系統(tǒng)可靠性要求很高,因此發(fā)電狀態(tài)不穩(wěn)定性改進(jìn)是高性能變頻系統(tǒng)不能忽略的研究重點(diǎn)。本文通過構(gòu)建電壓電流組合模型觀測器的小信號模型,說明了該觀測器傳統(tǒng)參數(shù)配置在低速發(fā)電(再生制動)工作狀態(tài)下存在的不穩(wěn)定問題,并詳細(xì)計(jì)算出了不穩(wěn)定區(qū)域。進(jìn)一步地,本文提出一種交叉耦合反饋機(jī)制,改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,實(shí)現(xiàn)其全工作范圍穩(wěn)定運(yùn)行。仿真和實(shí)驗(yàn)證明了該方案的正確性和有效性。 最后,本文提出一種新穎的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)在線辨識方案。轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)由于溫升效應(yīng)會產(chǎn)生大幅度變化,從而導(dǎo)致較大的速度估算誤差,因此有效的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)在線辨識是滿足高性能變頻器穩(wěn)態(tài)精度的重要手段。轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)在線辨識的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確獲取用于辨識計(jì)算的交流信號�，F(xiàn)有的辨識方案中,用于最終辨識的交流信號并不能直接得到,而需要通過直流、交流信號的精確分離和濾波,并進(jìn)一步計(jì)算得到；而在本文提出的方案中,相關(guān)交流信號可以直接從觀測器中提取而無需任何信號分離及濾波運(yùn)算,因此該方案在簡化辨識過程的同時(shí),大大增加了辨識精度。此外,現(xiàn)有方案辨識精度同時(shí)依賴于交流信號幅值和相位的準(zhǔn)確度——從而引入較大估算誤差；本文提出的方案只需要交流信號幅值而無需其相位信息,因此辨識過程對交流信號的依賴度從兩維(幅值,相位)降至一維(幅值)。相關(guān)仿真和實(shí)際實(shí)驗(yàn)有效驗(yàn)證了該方案的正確性和實(shí)用性。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM346

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2331687