感应电机单电流传感器矢量控制

发布时间：2017-10-28 14:33

  本文关键词：感应电机单电流传感器矢量控制

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【摘要】：感应电机因其成本低、易维护、坚固可靠等优势被广泛应用于工业传动领域。矢量控制方法的出现与成熟使得感应电机的控制难度大大降低,从而很大程度上提高了感应电机变频调速系统的性能。矢量控制需要通过电流传感器与速度传感器获取系统的电流与转速信息,进而闭环控制。但由于传感器在恶劣的环境下容易发生故障,降低了系统的可靠性。本文为了提高控制系统的可靠性,提出了一种单电流传感器矢量控制方法,该方法可用于电流传感器与速度传感器故障后的容错控制。无论速度传感器能否正常工作,且在系统中仅有单个健康相电流传感器的苛刻条件下,能够实现系统的矢量控制,使感应电机变频调速系统的安全性、可靠性大大提升。首先,本文提出了一种单电流传感器矢量控制策略。根据系统实际的情况对全阶状态观测器的结构进行了改进,设计了一种较为完备的反馈矩阵。通过改进的全阶状态观测器估算的定子电流信息替代缺失的其它相电流信号完成闭环控制。本文分析了电流观测器的稳定性,通过仿真与实验验证了所提出策略的可行性与正确性。其次,结合单电流传感器矢量控制方法的思想,提出了单电流传感器模式下无速度传感器矢量控制策略。通过理论分析,无速度传感器矢量控制采用基于全阶状态观测器的方法,将电流观测器与速度观测器进行有机结合,实现系统在电流与转速信息同时缺失情况下的容错运行。为了提高系统的稳定性与转速估计的精度,本文对速度观测器的稳定性进行分析,提出了一种简单有效的误差反馈矩阵设计方法。通过仿真实验验证了所提出控制策略的合理性与可行性。最后,搭建了基于ARM的1.1k W感应电机对拖加载实验平台,加载方案采用同轴对拖的方式。本文从硬件结构和软件设计流程两个方面对实验平台进行了介绍,并将本文提出的方法在Keil开放环境下进行了程序的编写与调试。通过在不同条件下的实验验证了所提出方法的可行性与正确性。实验结果表明,在有速度传感器的情况下,本文所提出的单电流传感器矢量控制系统具有良好的控制性能,可以稳定运行在极低速甚至零速状态。在无速度传感器的情况下也具有较高的可靠性,可实现系统从电动状态到发电状态的稳定切换。
【关键词】：感应电机 单电流传感器 电流观测器 容错控制 全阶状态观测器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM346
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-16
• 1.2.1 感应电机变频调速控制10-11
• 1.2.2 单电流传感器矢量控制11-13
• 1.2.3 无速度传感器矢量控制13-15
• 1.2.4 单电流无速度传感器矢量控制15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 感应电机矢量控制变频调速系统18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 感应电机数学模型的建立18-24
• 2.2.1 坐标变换方法19-22
• 2.2.2 感应电机动态数学模型22-24
• 2.3 基于转子磁场定向的矢量控制24-27
• 2.4 控制器参数设计27-29
• 2.4.1 电流环控制器参数设计27-28
• 2.4.2 速度环控制参数设计28-29
• 2.5 仿真结果分析29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 单电流传感器矢量控制系统31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 改进的单电流传感器矢量控制31-38
• 3.2.1 全阶状态观测器基本原理31-32
• 3.2.2 传统电流观测器设计32-36
• 3.2.3 改进电流观测器设计36-38
• 3.3 电流观测器反馈矩阵的设计38-40
• 3.4 仿真结果分析40-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 单电流无速度传感器矢量控制系统46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 无速度传感器矢量控制46-51
• 4.2.1 速度观测器基本原理46-49
• 4.2.2 速度观测器反馈矩阵的设计49-51
• 4.3 单电流无速度传感器矢量控制51-54
• 4.3.1 传统单电流无速度传感器矢量控制51-54
• 4.3.2 改进单电流无速度传感器矢量控制54
• 4.4 仿真结果分析54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 实验平台搭建与实验结果分析59-73
• 5.1 引言59
• 5.2 基于STM32 ARM的实验平台搭建59-61
• 5.3 感应电机控制算法编程实现61-62
• 5.4 实验结果分析62-72
• 5.4.1 单电流传感器矢量控制62-67
• 5.4.2 单电流无速度传感器矢量控制67-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文82-84
• 致谢84

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本文编号：1108680