论文部分内容阅读
三相异步电机因具有结构简单、运行可靠以及运行维护成本低等优点,在工业控制等领域取得了广泛的应用。伴随着脉宽调制技术的发展,电压型脉宽调制逆变器大量应用在三相异步电机的变频调速系统中。但由于逆变器的非线性因素,输入到电机的电流中含有大量谐波,该谐波的存在可能会引起转矩脉动并增加电机的损耗,严重影响电机运行的平稳性。为了解决这些问题,本文对三相异步电机的电流谐波抑制方法进行讨论研究。首先,本文对异步电机的矢量控制方法进行讨论,通过归纳电机的运行原理,分析电机内部结构,来建立电机的数学模型,并推导出其在三相和两相坐标系中的动态模型。分析了当转子的磁链的矢量方向与d轴方向重叠时,异步电机的动态数学模型,得到此时dq轴电流与电磁转矩的关系。通过研究由于逆变器的死区效应所产生的电流谐波的特征,推导出谐波电流的模型。将电机电流谐波模型与电机的矢量控制方法相结合,分析电流谐波对控制系统的影响,为后续控制结构的设计提供思路。其次,研究了数学形态学的基本原理,分析了数学形态学基本运算的特征。通过仿真实验总结了数学形态学结构元素形状选取的方法和尺寸选取的一般规律。基于数学形态学的基本原理,将闭运算和开运算的特点相结合设计了一种混合滤波器,同时结合最小均方算法设计出一种自适应的形态学滤波器,解决了形态学滤波器结构元素选取困难的问题。再次,根据异步电机系统中谐波电流的特征,在矢量控制系统的反馈通道上加入滤波器,用于消除电流谐波,防止谐波干扰信号流入控制器。本文先是在驱动系统中加入混合滤波器完成了基于形态学滤波器的谐波抑制策略的搭建,使用该谐波抑制策略和作为对比方法突出的基于巴特沃斯滤波器的谐波抑制策略在不同转速下进行仿真实验,通过对比电流波形证明所提出的控制策略有很好的谐波抑制特性。由于形态学滤波器在变速情况下的结构元素尺寸选取困难,导致速度阶跃变化时谐波抑制效果不佳。为了更好地抑制电机电流谐波,提出一种基于自适应形态学滤波器的电流谐波抑制策略。通过仿真验证:所提出的控制策略能够动态调整形态滤波器的结构元素尺寸,使其在变速情况下依旧能够有较好的谐波抑制效果。最后,结合仿真分析和理论计算,设计了基于cSPACE半实物仿真系统的三相异步电机硬件实验平台,给出了实验的硬件实现步骤。通过上述实验平台对所提出的谐波抑制策略进行分别进行实验,结果证明了该方法的有效性和可实施性。