负载换流逆变器驱动同步电机惯量辨识策略研究

发布时间：2017-06-07 15:18

  本文关键词：负载换流逆变器驱动同步电机惯量辨识策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电励磁同步电机作为抽水蓄能电站、电网同步调相机等大功率交流传动领域的重要装备,其可靠软起动与调速技术越来越被关注。负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)因其在驱动装置容量、性价比、可靠性等方面的优势,特别适合于大功率同步电机起动控制。以往在LCI驱动同步电机调试过程中,由于缺乏对被控对象数学模型参数的准确了解,通常依据经验或试凑法对LCI的转速/电流双闭环系统控制器参数进行调整,控制性能无法实现优化。转动惯量作为被控对象数学模型中的重要参数之一,对控制性能的优化具有重要作用。通过准确获取系统转动惯量,可以为建立系统准确的数学模型奠定基础,进而实现电流/转速双闭环控制器的参数在线自调整,从而达到优化控制的目的。因此,研究LCI驱动电励磁同步电机的系统惯量辨识具有重要意义与应用价值。本文首先对用于转动惯量辨识的递推最小二乘法进行理论分析与递推公式推导。结合电励磁同步电机的机械运动方程和递推最小二乘法原理,提出了适用于LCI驱动电励磁同步电机的转动惯量辨识方案,并明确辨识惯量过程中所需要的参数。在Matlab/Simulink中搭建了LCI驱动电励磁同步电机的软起动系统模型以及惯量辨识模块,对提出的惯量辨识方案进行仿真分析与验证。其次,针对惯量辨识过程中需对转速实时检测的问题,本文提出了一种基于励磁电流脉动信号响应的转子检测方法,对这种方法的原理和可行性进行了推导分析,并在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型进行了验证。在验证其可行性基础上,给出了具体的检测方案与硬件电路实现方法,实现了对电机转子位置、电机转速的全程无传感器实时检测。该方法相较于其它无传感器检测方案具有与实际转速无关、低速运行时检测精度高、简单可靠等优点。最后,搭建了满足多种拓扑结构LCI驱动15kW/380V电励磁同步电机要求的实验测试平台,对提出的转动惯量辨识方案和转子位置无传感器检测策略进行了实验分析与验证。设计了基于TMS320F2018的控制系统,详细说明了惯量辨识和转子位置检测的软件算法流程,完成了相应的硬件电路设计,其中包括提取脉动信号的带通滤波电路、高精度包络线提取电路等,对电机转动惯量的辨识算法和转子位置检测进行多种条件下的实验测试。实验结果验证了所提方法的有效性与一致性,实现了对系统惯量的准确辨识。
【关键词】：递推最小二乘法 转动惯量辨识 转子位置 电励磁同步电机 负载换流逆变器
【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】：TM341;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-13
• 1.2 国内外在该方向的研究现状13-16
• 1.2.1 转动惯量辨识技术研究现状13-14
• 1.2.2 无传感器转子位置检测技术研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 转动惯量辨识原理17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 递推最小二乘辨识原理17-24
• 2.2.1 最小二乘法17-19
• 2.2.2 递推最小二乘法19-20
• 2.2.3 转动惯量辨识理论20-24
• 2.3 递推最小二乘辨识仿真24-31
• 2.3.1 LCI驱动同步电机惯量辨识模型搭建25-26
• 2.3.2 仿真验证及分析26-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 无传感器速度检测技术分析32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 低速转子位置检测原理32-41
• 3.2.1 转子高频信号产生原理32-35
• 3.2.2 转子位置检测原理35-38
• 3.2.3 低速转子位置检测原理验证38-41
• 3.3 静止转子位置检测原理41-42
• 3.4 转子位置检测实现方案42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 系统拓扑及控制电路硬件设计43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 系统拓扑概述43-45
• 4.3 检测电路设计45-52
• 4.3.1 直流母线电压调理电路45
• 4.3.2 直流母线电流调理电路45-46
• 4.3.3 低速转子位置检测电路46-51
• 4.3.4 静止转子位置检测电路51-52
• 4.4 其他辅助电路设计52-53
• 4.4.1 通讯模块电路52
• 4.4.2 晶闸管触发电路52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 实验验证及结果分析54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 软件设计54-58
• 5.2.1 控制器选型54-56
• 5.2.2 软件程序设计56-58
• 5.3 实验结果及分析58-67
• 5.3.1 转子位置检测实验59-62
• 5.3.2 转动惯量辨识实验62-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

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