交流電機高速化驅動關鍵控制技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、交流電機高速化驅動系統(tǒng)廣泛應用于數(shù)控機床、電動汽車、高速動車組牽引等領域,在重要自動化裝備中發(fā)揮著重大作用。本文在深入分析國內外相關研究文獻的基礎上,以交流電機高速化驅動控制為主要研究內容,以開發(fā)高性能高速主軸驅動系統(tǒng)為主要目的,針對其中的若干關鍵問題進行了深入的分析和研究。
  感應電機和永磁同步電機,是數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)中廣泛采用的兩類執(zhí)行電機。按轉子磁場定向的矢量控制方案,可實現(xiàn)交流電機轉矩與磁鏈的解耦控制,是實現(xiàn)高性能調

2、速的理想控制方案。本文首先詳細分析了感應電機間接轉子磁場定向控制方案和永磁同步電機轉子磁場定向控制方案,建立了交流電機統(tǒng)一控制結構,并分析指出實現(xiàn)高速化驅動控制需要解決的關鍵問題,即:保證電機能夠最大化輸出轉矩的電流優(yōu)化分配策略、電壓優(yōu)化控制和磁場定向優(yōu)化方案。
  電流如何優(yōu)化分配是高速化驅動系統(tǒng)的核心問題,在高速弱磁區(qū)為了盡可能地發(fā)揮出電機自身的最大轉矩輸出能力(即轉矩最大化輸出),其關鍵在于滿足電機運行約束條件下,如何協(xié)調分

3、配磁場電流分量與轉矩電流分量。本文分別研究了感應電機和永磁同步電機的電流分配問題,深入分析了電機運行的約束條件,推導出全頻率范圍實現(xiàn)轉矩最大化輸出的理論最優(yōu)電流矢量控制軌跡,以此為依據(jù)設計了考慮負載補償和電壓協(xié)調控制的全頻率范圍閉環(huán)電流優(yōu)化分配策略,以充分發(fā)揮出電機的最大轉矩輸出能力。
  電機運行于弱磁區(qū)時,旋轉反電動勢接近于逆變器最大輸出電壓,能供給電流調節(jié)的動態(tài)電壓裕量十分有限,采用PWM過調制方法提高直流母線電壓利用率,對

4、于提高電機的帶載能力、加快動態(tài)響應速度,特別是弱磁運行具有重要意義。本文深入分析了過調制策略中電壓矢量軌跡的修正方式對磁場定向閉環(huán)系統(tǒng)的影響,提出了一種適合磁場定向控制系統(tǒng)的全范圍電壓輸出SVPWM策略,拓寬了電壓輸出范圍,有助于系統(tǒng)在弱磁運行區(qū)實現(xiàn)最大轉矩輸出。
  采用矢量旋轉變換實現(xiàn)了轉矩與磁鏈的解耦,同時使得d、q軸電流控制之間產生了交叉耦合,這對系統(tǒng)在高頻區(qū)的電流控制產生較大影響。本文深入研究了采用同步PI調節(jié)器的電流控

5、制方案中耦合項電壓對電流調節(jié)特性的影響,指出在高頻區(qū)這種形式的電流調節(jié)器動態(tài)調節(jié)能力會嚴重惡化,據(jù)此設計并實現(xiàn)了一種具有Anti-windup的復矢量PI調節(jié)器替代傳統(tǒng)的同步PI電流調節(jié)器,以消除耦合電壓對電流調節(jié)的負面影響,使系統(tǒng)在高頻區(qū)的電流控制性能得到較大提高。
  感應電機間接轉子磁場定向控制方案中采用電流模型觀測磁場相位角度,當電機在較寬的頻率范圍運行時,轉子時間常數(shù)發(fā)生變化以及鐵耗的影響都會使轉子磁場相位觀測值偏離實際

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