感应电机参数辨识和转速估计研究

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感应电机矢量控制技术发展到当前阶段,要想在性能上有新的突破就必须解决一些关键问题,如转子磁链和定子磁链观测、电机转速实时估计、电机参数在线辨识和在线校正等问题。这些问题之间存在一定的依赖关系,磁链观测器在电机的矢量控制和直接转矩控制中都有根本性的意义,对于电流矢量的解耦和控制决策的提出,都是前提条件,不断研究新的更好的参数辨识算法和转速估计方法实际上都是为了改进现有磁链观测器的性能或者设计更新的磁链观测器,而磁链观测器想要摆脱参数敏感性,进一步提高性能都要求有更好的参数辨识方法和转速估计方法。无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制都是以转速的在线估计为核心的,需要更新的更好的转速估计方法。因此。参数辨识和转速估计已经成为现代感应电机驱动控制系统的关键技术。   基于转子磁链的模型参考自适应转速估计方法有它自身的弱点,参考模型本身的参数准确程度直接影响转速估计的精度,PI参数也很难确定。采用全阶自适应观测器对感应电机转速进行在线估计,具有对感应电机参数鲁棒性强,不受电机参数变化的影响,通过仿真证明了这一点,但全阶自适应观测器算法复杂,对硬件的要求很高。感应电机电压模型转子磁链观测器由于其算法简单,且不含转子电阻,因而得到广泛应用。但由于定子电阻压降影响,尤其在低速时,转子磁链计算结果有很大误差。提出了一种改进电压模型转子磁链观测器,通过对定子电压进行补偿,提高了转子磁链计算精度,从而提高了转速估计的精度,尤其改善了低速时的转速估计。仿真和实验验证了该方法提高了转子磁链观测的准确度,改善了转速估计的动静态性能。   在感应电机直接转子磁场定向矢量控制系统中,转子电阻的变化是影响感应电机输出转矩的主要因素,而影响转子电阻变化的关键因素则是电机的温升。针对转子电阻变化对感应电机输出转矩的影响,本文从转差频率和磁场定向两个方面分析了感应电机的牵引特性,证明了转差频率和磁场定向的本质统一。在此基础上,分析了转子电阻变化对感应电机转差频率和磁场定向的影响,以及对感应电机启动转矩的影响。利用TMS320F2812构成的控制系统,采用矢量控制技术,对感应电机进行了启动转矩的理论验证实验。实验结果表明,转子电阻对感应电机的启动转矩影响很大,温升是影响转子电阻变化的主要因素。当磁场定向不准时。实际的励磁电流将会比给定励磁电流小或大,从而实际的无功功率也会比理论值偏小或偏大,只有当观测磁链方向与实际磁链方向一致时,实际无功功率才等于给定参考值。本文提出了基于无功功率的转子电阻在线校正技术。通过仿真和实验验证该方法有效性。   遗传算法,蚁群算法,微粒群算法是三种智能优化算法,与传统算法相比,它们有很多优点。本文将这三种智能优化算法应用于感应电机矢量控制系统中的电机参数辨识领域。感应电机的实际输出电流和电气模型的观测电流之间的差值被作为目标函数不断对电气模型中的参数进行更新,从而辨识了全部的感应电机参数。变速运行实验是在电机不带载的情况下进行的。三种智能优化算法感应电机参数辨识通过实验进行了比较,并得出了结论。遗传算法可以得到最准确的电机参数,微粒群算法次之,蚁群算法最差。蚁群算法所需时间最短,遗传算法次之,微粒群算法最长。
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