三相感應電機矢量控制無速度傳感器技術研究.pdf

1、直流電機由于易于控制而在早期的調速控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用，不過，它卻存在著諸多的換向器缺陷。近年來，通過應用矢量控制技術，感應電機已經(jīng)可以象直流電機一樣得到控制。隨著電力電子技術和微處理器技術的發(fā)展，感應電機在調速控制特別是在電力牽引傳動控制中的應用受到了人們越來越多的關注。一個高性能的調速系統(tǒng)必須具有良好的參考速度跟蹤和干擾抑制響應，且性能對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感。在負載變化不大、操作條件不會使系統(tǒng)遠離其線性平衡點時，傳統(tǒng)的PI控制器

2、具有易于實現(xiàn)和高有效性等優(yōu)點。不過，到目前為止，控制器的參數(shù)整定問題仍未得到較好的解決；而且，由于它只有一個自由度，因此很難同時提供好的跟蹤和調節(jié)性能。另外，高性能的調速系統(tǒng)需要高精度的速度反饋信號，而速度傳感器的安裝會增加成本，降低可靠性并加大了對電磁噪聲的敏感性。因此，近年來無速度傳感器矢量控制技術便成為一個研究熱點，眾多學者致力于對無速度傳感器感應電機控制系統(tǒng)的研究。
　　為此，本文對三相感應電機矢量控制中存在的魯棒調節(jié)器設

3、計和無速度傳感器控制等問題展開了理論與應用研究，主要工作如下。
　　1.針對常規(guī) PI控制器對非線性、時變、高階感應電機驅動系統(tǒng)不能達到較好控制效果的問題，提出兩種改進的PI/PID控制器參數(shù)整定方法。
　　1)幅值裕度優(yōu)化法：首先針對常規(guī)基于優(yōu)化算法的 PI/PID控制器參數(shù)整定方法原理復雜、計算量大、難以被現(xiàn)場工程人員所理解和應用等問題，提出了一種基于數(shù)值優(yōu)化的 PID控制器參數(shù)整定方法；該方法利用優(yōu)化工具箱中的最小最大

4、函數(shù)，以明確依賴于頻率的穩(wěn)定裕量作為目標函數(shù)來優(yōu)化控制器參數(shù)，具有算法簡單、容易理解等優(yōu)點；仿真結果表明，利用本文提出的控制器整定方法得到的控制器，在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化的情況下，能保證系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和良好的靜態(tài)性能。
　　2)混合優(yōu)化法：由于幅值裕度和相位裕度經(jīng)常被作為系統(tǒng)魯棒性量測的重要指標，而且相位裕度大小由于與系統(tǒng)的阻尼相關聯(lián)還常用于衡量系統(tǒng)性能的好壞，為此本文提出了一種同時對系統(tǒng)幅值裕度和相位裕度進行優(yōu)化的 PID控制器參

5、數(shù)整定方法；仿真和實驗結果表明，本文提出的控制策略能夠獲得魯棒及優(yōu)化的轉矩和速度控制性能。
　　2.針對傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)采用的PI調節(jié)器只有一個自由度，不能同時滿足參考輸入跟蹤和干擾抑制兩種性能指標的問題，提出了一個具有二自由度的參考模型跟蹤控制器設計方案。該控制器由魯棒轉子磁鏈估計器（RRFE）以及參考模型跟蹤控制器（RMTC）兩個部分構成。RRFE主要用于轉子磁鏈估計，以確保轉子磁鏈獲得快速準確的定向。而RMTC則在電機參數(shù)發(fā)

6、生變化和出現(xiàn)干擾的情況下，獲得磁鏈和轉速的漸進跟蹤性能。仿真試驗結果表明，干擾得到有效抑制，系統(tǒng)具有較好調速性能。
　　3.定子電阻的準確估計能顯著改善磁場定向控制在低速時段的調速性能。為了提高定子電阻的在線估計精度并減小計算量，提出了一種參考模型自適應定子電阻估計方法。該方法以暫態(tài)下的有功功率為參考模型，穩(wěn)態(tài)下的有功功率為調節(jié)模型來構建參考模型自適應系統(tǒng)，所采用的兩種模型均不依賴于轉子電阻和轉子時間常數(shù)；在建立模型的基礎上，應用

7、 Popov超穩(wěn)定性理論，經(jīng)過嚴格推導得到了定子電阻辨識自適應律；通過將定子電阻的估計值反饋，減小了定子電阻變化對對轉子磁鏈觀測和速度估計的影響，同時也減輕了矢量控制系統(tǒng)在低速時段的性能惡化問題。仿真和實驗結果表明，該方案能對定子電阻和轉速進行有效的在線估計，所設計的矢量控制系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。
　　4.針對降階觀測器原理簡單，系統(tǒng)維數(shù)低的特點，提出了一種簡單的用于感應電機無速度傳感器控制的降階觀測器設計方法。該方法以磁鏈誤