电机伺服驱动系统及其参数辨识研究

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现代社会中交流电机已经广泛应用于各个方面。针对交流电机高性能控制技术的研究对于提高电机控制性能和运行效率具有重要的意义。本文主要围绕通用型交流电机伺服控制系统展开研究,研究的交流电机包括感应电机和永磁同步电机。对于交流电机的高性能控制策略来说,控制效果的好坏依赖于控制中所应用到的电机参数,这就需要进行参数的辨识。一方面,控制中所需要的电机参数通常是不能够直接从电机的铭牌上获取的,需要额外的测量设备和测量方法。设计一款通用型伺服驱动器,实现电机运行前的参数自动辨识,能够降低驱动器的安装成本,提高伺服驱动器的通用性。另一方面,在电机的运行过程中,由于运行状态变化引起的参数变化会对控制性能产生较大影响,实现参数的在线辨识可以有效保证电机控制性能。本文分析了感应电机和永磁同步电机的数学模型,定性介绍了影响电机参数变化的因素和电机参数变化对于控制性能的影响。以感应电机和永磁同步电机为研究对象,介绍了参数离线辨识的方法。所有的参数离线辨识内容包括:1、直流伏安法辨识相电阻;2、单相堵转实验和空载实验辨识感应电机的转子电阻、定转子总漏感和定子自感;3、脉冲响应法辨识永磁同步电机交直轴电感;4、基于id=0的矢量控制方法空载运行辨识反电势系数。介绍了所设计伺服控制系统的硬件基础和软件平台,利用所辨识得到的参数,进行了永磁同步电机电流环传递函数的分析和实验自整定。在一台1.2kW的永磁同步电机和一台0.05kW的感应电机上,对离线辨识方法进行了试验验证,并完成了永磁同步电机的伺服控制实验和感应电机的速度控制实验。最后,本文对永磁同步电机的在线辨识技术进行仿真实验。主要介绍了加权递推最小二乘法的原理,基于永磁同步电机数学模型推导得到了相应的辨识模型。在Matlab/Simulink平台上搭建了矢量控制模型并进行了在线辨识实验,仿真结果验证了所采用方法的有效性。
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