异步电机无速度传感器直接转矩控制系统研究

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直接转矩控制是继矢量控制之后提出,并与之并行发展的一种新型的高性能的交流调速传动控制技术。与矢量控制相比,直接转矩控制具有使用电机参数少、动态响应快、控制简单等特点。 本文在课题组已有研究成果的基础上,对直接转矩控制系统的定子磁链观测、无速度传感器实现方面进行了广泛而深入的研究。 在直接转矩控制系统中,定子磁链的准确观测起着十分重要的作用。目前直接转矩控制使用的磁链观测器有u-i模型、i-n模型和u-n模型。本文对它们进行了讨论,针对其不足,本文采用一种全阶闭环磁链观测器,以定、转子磁链为状态变量,直接对其进行观测,将观测所得磁链直接用于直接转矩控制从而实现了对定子磁链的准确观测。 目前比较典型的无速度传感器实现方法(即速度估算法)有以下三种:基于电机方程直接计算法、卡尔曼滤波法和模型参考自适应法。本文对其进行了讨论,并在前述全阶闭环磁链观测器的基础上,根据李亚普诺夫稳定性原理实现了一种简单实用的速度估算器,构成了无速度传感器直接转矩控制系统。 本文利用MATLAB/SIMULINK软件对以上方法进行了仿真研究,构建了基于模型参考自适应方法的无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型。仿真结果表明,与i-n模型磁链观测器相比,采用全阶闭环磁链观测器直接转矩控制系统在带载、空载起动,运行过程中调速,突然加、减负载及高、低速等各种运行状态下,均具有良好的稳态和动态性能。系统加入速度估算器后,在各种运行状态下,计算转速与电机转速十分吻合,而且在定、转子电阻发生变化时依然可以取得较好的效果。因此可以得出这样的结论,采用上述方法有效地提高了转速的观测精度,增强了系统的参数鲁棒性,提高了直接转矩控制系统性能。 本文对上述基于模型参考自适应方法的无速度传感器直接转矩控制系统,在以DSP芯片为核心的实验开发装置上的实现进行了初步的研究。推导了自适应控制中各环节的离散方程,并编程加以实现;整套控制算法采用标么值形式,提高了运算精度;采用了一种新的编程方法实现了速度调节器的PI算法;采用离散化算法实现积分运算。
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