基于電壓電流組合模型磁鏈觀測器的感應(yīng)電機無速度傳感器控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、感應(yīng)電機變頻調(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，因此高性能變頦調(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)難點沒有徹底解決;隨著電力電子技術(shù)不斷進步及先進數(shù)字控制芯片的使用，有必要進一步研究合適的控制算法，發(fā)掘其技術(shù)難點的最終解決方案。再者，變頻調(diào)

2、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)，及時發(fā)現(xiàn)并解決新的應(yīng)用難點對變頻調(diào)速系統(tǒng)的未來發(fā)展十分有意義。本文以實現(xiàn)高性能無速度傳感器感應(yīng)電機矢量控制為主要目標，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)電機控制的幾個關(guān)鍵點，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參數(shù)

3、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)實用性為主要目標，整合優(yōu)化了一套感應(yīng)電機離線參數(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，最終實現(xiàn)了電機參數(shù)的準確辨識并得到實驗驗證。
　　

4、其次，本文研究了感應(yīng)電機勵磁曲線辨識方法。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，勵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)勵磁曲線辨識方法通常基于特定假設(shè)函數(shù)的曲線擬合方案，其缺點是最終辨識結(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直接計算獲取勵磁曲線的辨識方案——從而避免了曲線擬合算法對特定假設(shè)函數(shù)的依賴性。本文提出的方案實施簡單方便，其辨識原理的正確性得到了仿真驗證，且在最

5、優(yōu)效率實驗中同傳統(tǒng)曲線擬合方案作了詳細對比。實驗結(jié)果顯示本文提出的方案具有良好的實用性能。
　　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。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，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。實際上，電梯等提升類負載應(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)定性改進是高性能變頻系統(tǒng)不能忽略的研究重點。本文

6、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，并詳細計算出了不穩(wěn)定區(qū)域。進一步地，本文提出一種交叉耦合反饋機制，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，實現(xiàn)其全工作范圍穩(wěn)定運行。仿真和實驗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)子時間常數(shù)在線辨識方案。轉(zhuǎn)子時間常數(shù)由于溫升效應(yīng)會產(chǎn)生大幅度變化，從而導致較大的速度估算誤差，因此有效的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)在線辨識是滿

7、足高性能變頻器穩(wěn)態(tài)精度的重要手段。轉(zhuǎn)子時間常數(shù)在線辨識的難點在于如何準確獲取用于辨識計算的交流信號。現(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，并進一步計算得到;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算，因此該方案在簡化辨識過程的同時，大大增加了辨識精度。此外，現(xiàn)有方案辨識精度同時依賴于交流信號幅值和相位的準確度——從而引入較大估算誤差;本