感应电机转速辨识抗差机理与控制方法研究

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交流变频调速系统具有优异的调速和起、制动性能及高效节电的效果,因此受到了广泛关注。随着高性能感应电机调速系统的应用,无速度传感器控制由于降低了系统成本和复杂度、增强了可靠性、简化了维护要求等优点,成为现代交流传动控制技术的一个重要研究方向。但是对于恶劣环境中,外部干扰和内部粗差对转速估计精度及系统的影响尚未见报道。本文针对提高基于自适应状态观测器与扩展卡尔曼滤波器转速估计方法的抗粗差性能进行了深入研究。  本文介绍了感应电机的T型等效电路和数学模型,特别对感应电机数学模型两相坐标系下的状态方程进行了分析;详细阐述了基于自适应状态观测器估计策略的原理;应用Lyapunov稳定性理论对自适应状态观测器进行了稳定性分析和设计;研究了粗差对基于自适应观测器转速估计策略精度的影响,并经过推导将抗差机理运用于转速估计系统中,提出抗差自适应观测器,以增强抗外部干扰及内部估算误差性能。阐述了基于扩展卡尔曼滤波器的转速估算策略;分析了系统出现干扰时扩展卡尔曼滤波器估算精度受到的影响;推导了抗差扩展卡尔曼滤波的算法,从而达到减小粗差影响,提高系统稳定性的目的;运用Lyapunov理论对基于抗差扩展卡尔曼滤波器转速估计方法的感应电机矢量控制系统进行了稳定性分析。运用Matlab/Simulink对基于抗差自适应状态观测器及抗差扩展卡尔曼滤波的感应电机无速度传感器矢量控制系统抗差性能进行了仿真研究和分析;根据搭建的以XE164为控制芯片的硬件实验平台,对抗差自适应状态观测器的转速估计策略进行了实验验证,并对抗差扩展卡尔曼滤波器转速估计策略进行了开环实验验证。  仿真和实验结果表明,本文研究的基于抗差自适应状态观测器和抗差扩展卡尔曼滤波器的感应电机无速度传感器矢量控制系统具有良好的抗外部干扰及内部估算误差的性能。
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