異步電機(jī)全階磁鏈觀測(cè)器的設(shè)計(jì)分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、異步電機(jī)傳統(tǒng)的V/F 控制方法原理簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、參數(shù)魯棒性強(qiáng)，但是電機(jī)在低速區(qū)域存在帶載能力減弱、動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢、轉(zhuǎn)速精度降低等問(wèn)題。標(biāo)量控制與無(wú)速度傳感器控制在沒(méi)有速度傳感器情況下，通過(guò)觀測(cè)電機(jī)磁鏈，在以觀測(cè)磁鏈定向的同步坐標(biāo)系中控制電機(jī)電壓，很好地解決了異步電機(jī)低速性能。矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)的高性能控制，改善了電機(jī)從零速到超高速區(qū)域的動(dòng)態(tài)性能以及穩(wěn)態(tài)精度，目前廣泛用于數(shù)控、電力機(jī)車(chē)等高性能場(chǎng)合。盡管控制策略不同，磁鏈觀

2、測(cè)在這兩種控制方法中必不可少。因此深入開(kāi)展異步電機(jī)磁鏈觀測(cè)器設(shè)計(jì)研究，對(duì)改善異步電機(jī)的控制性能，擴(kuò)大異步電機(jī)的調(diào)速范圍是非常有意義的研究工作。
　　 全階磁鏈觀測(cè)器模擬電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，通過(guò)構(gòu)建電機(jī)狀態(tài)方，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速辨識(shí)與磁鏈觀測(cè)。本文以異步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制技術(shù)為應(yīng)用背景，以全階磁鏈觀測(cè)器的反饋矩陣設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律設(shè)計(jì)、磁鏈觀測(cè)器收斂性分析、磁鏈觀測(cè)器參數(shù)敏感性分析以及全階磁鏈觀測(cè)器在無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)中

3、的應(yīng)用為主要內(nèi)容展開(kāi)系統(tǒng)深入研究。
　　 針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速在辨識(shí)得到的情況下，對(duì)全階磁鏈觀測(cè)器反饋矩陣進(jìn)行了設(shè)計(jì)。磁鏈觀測(cè)器的特征函數(shù)表示了磁鏈觀測(cè)器在電流模型磁鏈觀測(cè)器與電壓模型磁鏈觀測(cè)器之間切換的平滑程度；從雙時(shí)間尺度出發(fā)，全階磁鏈觀測(cè)器可以分解為轉(zhuǎn)速辨識(shí)系統(tǒng)與磁鏈觀測(cè)系統(tǒng)。本文分析了反饋矩陣對(duì)全階磁鏈觀測(cè)器的特征函數(shù)以及轉(zhuǎn)速辨識(shí)系統(tǒng)與磁鏈觀測(cè)系統(tǒng)性能的影響，提出了一種能改善全階磁鏈觀測(cè)器平滑切換以及全階磁鏈觀測(cè)器阻尼的反饋矩陣

4、設(shè)計(jì)方法。
　　 全階磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律對(duì)觀測(cè)器的穩(wěn)定性有很大的影響，本文分析了基于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律的全階磁鏈觀測(cè)器穩(wěn)定性，通過(guò)理論推導(dǎo)得到了不穩(wěn)定范圍，分析了不穩(wěn)定原因。根據(jù)不穩(wěn)定特征提出了低速回饋發(fā)電狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。零頻率狀態(tài)下注入低頻電流，介紹了獲取與磁場(chǎng)位置誤差相關(guān)的感應(yīng)電壓原理，研究了辨識(shí)轉(zhuǎn)速誤差與磁場(chǎng)位置誤差的關(guān)系，給出了利用感應(yīng)電壓設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律。
　　 論文分析了全階磁鏈觀測(cè)器的收

5、斂性能，并與電壓模型磁鏈觀測(cè)器及電流模型磁鏈觀測(cè)器的收斂性能進(jìn)行對(duì)比。在以觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立磁鏈觀測(cè)器，推導(dǎo)出電機(jī)實(shí)際磁鏈與觀測(cè)磁鏈的關(guān)系式，通過(guò)考察電機(jī)實(shí)際磁鏈以及觀測(cè)磁鏈的收斂時(shí)間常數(shù)，分析了磁鏈觀測(cè)器在不同轉(zhuǎn)速獲取方法下的收斂性能。論文分析了全階磁鏈觀測(cè)器的參數(shù)敏感性，并與電壓模型磁鏈觀測(cè)器及電流模型磁鏈觀測(cè)器的參數(shù)敏感性進(jìn)行對(duì)比。推導(dǎo)出了穩(wěn)態(tài)情況下每種磁鏈觀測(cè)器的辨識(shí)轉(zhuǎn)速公式以及實(shí)際磁鏈與觀測(cè)磁鏈的比值關(guān)系式

6、，繪制出轉(zhuǎn)速誤差及磁鏈角度誤差隨電機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)載變化的三維圖，通過(guò)三維圖考察了磁鏈觀測(cè)器的參數(shù)敏感性。采用小信號(hào)方法，本文研究了基于全階磁鏈觀測(cè)器的無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)線性化處理，得到轉(zhuǎn)速指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的傳遞函數(shù)。通過(guò)考察傳遞函數(shù)極點(diǎn)分布，分析了無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)分析了電機(jī)參數(shù)誤差對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)系統(tǒng)影響，研究了降低轉(zhuǎn)速辨識(shí)環(huán)及轉(zhuǎn)速控制環(huán)帶寬與改善無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。