异步电机在线参数辨识与效率优化控制研究

发布时间：2020-08-08 03:24

【摘要】：异步电机(Induction Motor,IM),也被称为感应电机,由于其结构简单,坚固耐用,价格低廉,被广泛应用于工业、农业、运输业等各个行业,其用电量占据了工业用电的60%以上。但是普遍应用的异步电机存在着整体效率较低的缺陷。而且由于异步电机受温度变化、磁饱和以及集肤效应的影响,参数变化具有非线性的特点,由此产生的电机模型中参数不准确会影响电机的动态性能。针对异步电动机存在的问题,本文根据矢量控制方法,反步控制方法,模型参考自适应理论,能量效率优化原理等方法,设计了转子参数在线辨识与效率最优的异步电机反步控制系统,并通过仿真验证了该方法的控制性能。第一,首先说明了本课题的研究目的和意义。然后介绍了IM调速控制策略、电机参数辨识方法以及效率优化控制的国内外研究现状。第二,介绍了本文中需要用到的IM数学模型,以及利用坐标变换对IM数学模型进行简化。初步研究了IM矢量控制方法,介绍了IM矢量控制系统的控制原理和结构。第三,针对IM控制系统运行过程中会出现变化的参数,利用模型参考自适应理论和波波夫超稳定性定理,设计了IM转子电阻和转子时间常数辨识模型,对变化的系统参数进行实时辨识并反馈给控制器。通过仿真实验,测试了在转子电阻突变和按斜坡函数变化时系统的控制性能,验证了所提出的参数辨识方法的性能。第四,研究了采用反步法设计电机控制器的方案,同时设计了电机的负载转矩观测器,实现了对负载转矩的实时观测,针对变化的参数应用了参数辨识模型。最后给出了带参数辨识的IM反步控制的仿真实验分析,对比了矢量控制与反步法控制的控制性能。第五,分析了IM控制系统损耗的来源,并且给出了IM控制系统损耗的数学模型,然后提出了一种基于数学模型推导的最优励磁电流的计算方案。通过仿真实验验证,所提出的方案能够很好地降低IM控制系统稳态时的能量损耗,有效的提高了电机的运行效率。综上所述,本文以异步电机速度控制系统为研究对象,研究了异步电机参数非线性变化和运行效率较低的问题,采用了反步法控制与参数辨识和电机效率优化算法,实现了参数的在线辨识,提高了电机稳态运行时的运行效率,所提出的控制策略有很好的实际应用价值。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM343

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本文编号：2784968