無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略的研究

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1、摘要交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)能夠提高交流傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)便性、廉價(jià)性和可靠性，得到了很大的發(fā)展。本文應(yīng)用先進(jìn)控制理論，對(duì)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略進(jìn)行了深入研究，主要研究工作有：在建立兩相靜止郵坐標(biāo)系下的以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量的感應(yīng)電機(jī)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型；詳細(xì)討論了直接轉(zhuǎn)矩控制的低速性能、定子電阻變化、磁鏈觀測(cè)中初始誤差和直流偏移對(duì)系統(tǒng)性能的影響。定子磁鏈的準(zhǔn)確觀測(cè)對(duì)電壓空間矢量的選擇和轉(zhuǎn)矩的觀測(cè)結(jié)果影響

2、很大，是高性能直接轉(zhuǎn)矩控制的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中定子磁鏈的開環(huán)計(jì)算方法、U-I積分器的改進(jìn)方法和定子磁鏈觀測(cè)器方法的局限性，提出了一種基于模糊截止頻率可調(diào)的改進(jìn)型積分器定子磁鏈觀測(cè)器。該觀測(cè)器采用模糊自適應(yīng)濾波器，根據(jù)感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線地調(diào)整低通濾波器的截止頻率，有效抑制了初始誤差和直流偏移誤差，提高了定子磁鏈的計(jì)算精度。自適應(yīng)速度觀測(cè)器是無速度傳感器技術(shù)中最常用的方法，速度觀測(cè)器的性能取決于其自身的增益矩陣G和速度自適應(yīng)律的選擇。目前絕大多數(shù)自適應(yīng)速度觀測(cè)器方案都是采用極點(diǎn)配

3、置的方法來確定增益矩陣G。通過對(duì)基于極點(diǎn)配置的自適應(yīng)觀測(cè)器存在不穩(wěn)定區(qū)域問題的深入研究，認(rèn)為對(duì)感應(yīng)電機(jī)這種高階、多變量、強(qiáng)耦合的非線性對(duì)象采用極點(diǎn)配置的方法來確定增益矩陣G將可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另一方面，由于準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子磁鏈實(shí)際值的獲取較為困難，現(xiàn)有的速度自適應(yīng)律選取方案中通常忽略了轉(zhuǎn)子磁鏈的偏差項(xiàng)。但對(duì)電機(jī)運(yùn)行于低速發(fā)電工況的研究表明，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈的偏差比定子電流的偏差大很多，不能忽略，否則會(huì)影響觀測(cè)器的快速性和穩(wěn)定性。本文提出了一種能在全速范圍穩(wěn)定工作的自適應(yīng)速度觀測(cè)器。一方面，依據(jù)Lyapu

4、nov穩(wěn)定性理論進(jìn)行觀測(cè)器的矩陣增益G的選取。在定義Lyapunov函數(shù)時(shí)，通過引入待定矩陣P將Lyapunov不等式轉(zhuǎn)化為關(guān)于G和P的雙線性矩陣不等式，利用MatlabLMI工具箱并采用迭代算法求解得到使觀測(cè)器穩(wěn)定的增益矩陣G和矩陣P。另一方面，通過采用基于模糊截止頻率可調(diào)的改進(jìn)型積分器定子磁鏈觀測(cè)器獲得的定子磁鏈值，計(jì)算得到了較為逼近實(shí)際值的轉(zhuǎn)子磁鏈，實(shí)現(xiàn)了在速度自適應(yīng)律中可同時(shí)包含電流偏差項(xiàng)和轉(zhuǎn)子磁鏈偏差項(xiàng)。由于正確選擇了增益矩陣G和速度自適應(yīng)律，從而確保自適應(yīng)速度觀測(cè)器的Lyapunov不

5、等式在全速范圍內(nèi)都成立，克服了傳統(tǒng)觀測(cè)器存在不穩(wěn)定區(qū)域和速度辨識(shí)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。在感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行過程中定子的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而變化，如果直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中采用的定子電阻值與實(shí)際值不匹配，將會(huì)產(chǎn)生較大的定子磁鏈和轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此需要對(duì)定子電阻進(jìn)行在線辨識(shí)。本文在分析直接轉(zhuǎn)矩控制中基于極點(diǎn)配置的定子電阻辨識(shí)方法存在的局限性的基礎(chǔ)上，提出了一種嚴(yán)格保證Lyaponov不等式成立的條件下的定子電阻的辨識(shí)律，并加入到基于LMI的自適應(yīng)速度觀測(cè)器中實(shí)現(xiàn)定子電阻的在線辨識(shí)，提高了磁鏈

6、和轉(zhuǎn)速辨識(shí)的精度，改善了系統(tǒng)的性能。在Matlab6．5／Simulink環(huán)境下，采用空間矢量調(diào)制技術(shù)取代傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的開關(guān)表方案改善低速性能，引入模糊自適應(yīng)PI速度調(diào)節(jié)器取代PI速度調(diào)節(jié)器提高系統(tǒng)的快速性和魯棒性，建立了無速度傳感器感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真平臺(tái)，對(duì)論文中提出的策略和方案進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果證明論文提出的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略能實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)全速范圍穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制，無速度傳感器，自適應(yīng)速度觀測(cè)器，定子磁鏈，定子電阻辯識(shí)，感應(yīng)電機(jī)ABSTRACTReplac

7、ingtheDCspeedadjustment,theACspeedadjustmenthasbecomethemainmethodinthefieldsofelectricaldrives．Thespeedsensorlessdirecttorquecontrol(DTC)techniquehasasignificantdevelopmentinitsabilitytoimprovetheavailability,cost，andreliabilityoftheACdrivesystem．Usi

8、ngadvancedcontroltheory，thestrategiesofthespeedsensorlessDTCalestudiedindepthinthedissertation．Themainresearchworksare鶴follows：AnACmotormodelinthe2-phasestatic郵referencefi'anleisestablished,takingstatorcurrentandrotorfluxasthes1：atevariables．B