基于间接矢量控制的异步电机转矩控制系统关键技术研究

发布时间：2020-04-27 11:52

【摘要】：异步电机因其可靠性高、成本低等优点在电动汽车、风力发电等领域得到广泛应用,矢量控制方案则因其优异的控制性能受到人们青睐。尽管异步电机矢量控制是一个相对成熟的课题,但是各应用场合对驱动系统的转矩控制精度、运行可靠性提出了越来越高的要求,而且高性能矢量控制仍然存在一些难点和挑战。为此,本文将从磁链观测、转子时间常数在线辨识、无速度传感器控制三个方向开展研究,以提高系统转矩控制精度和可靠性。电压模型是结构最简单的磁链观测器,但是存在众所周知的纯积分问题。尽管基于带通滤波器的改进方案可以有效滤除反感应电动势中的直流分量并抑制反感应电动势中的高频噪声,但是其动态性能仍有待提升。为此,本文将以复矢量分析方法阐述带通滤波器方案的演化过程,进而提出带通滤波器方案的优化实现策略及参数设计方法。最终,基于估计磁链构建转矩闭环控制,提高了系统转矩控制精度。电机定子电流和转子磁链的点乘值、转矩、d轴定子电压均可作为设定物理量来构成一个模型参考自适应系统(Model reference adaptive system,MRAS),实现转子时间常数的在线辨识。但是辨识系统中比例积分调节器参数的选取缺乏理论依据,同时辨识系统的稳定性也需要深入分析。为此,本文提出通过修改传统转矩模型中参考转矩计算式进而构造一种改进转矩模型,以此避免错误平衡点问题。本文提出在传统d轴定子电压模型中引入定子频率和转矩电流信息以扩大辨识模型的有效作用区间。此外,分析了MRAS中比例积分调节器参数对三个辨识系统转子时间常数收敛动态过程的影响,这为调节器参数的优化选取提供了设计思路和理论依据。用于无速度传感器控制的dq旋转坐标系下的静态补偿电压模型存在固有的代数环问题。为了解决这一问题,通常在控制系统中引入一个低通滤波器。本文通过理论分析发现:低通滤波器的截止频率选取不当会造成系统的不稳定。为此,本文提出一种截止频率随转子角频率自适应变化的设计方案,避免了磁链崩溃的不稳定现象。此外,本文深入分析了定子电阻偏差对无速度传感器控制系统的稳定性影响。
【图文】：

系统框图,转矩控制,系统框图

步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中指出新能源汽车的对汽车续航里程和技术标准提出了更为严格的要求。课题的国内外研究现状异步电机转矩控制系统在电动汽车、风力发电等领域有着广泛的应用[4]。电机矢量控制是一个相对成熟的课题，但是各应用场合对驱动系统的转度、系统可靠性提出了越来越高的要求，而高性能矢量控制仍然存在一挑战[7-8]。图 1.1 给出了基于间接矢量控制的异步电机转矩控制系统的整。如图 1.1 所示，根据 dq 轴反馈电流和电机转子时间常数可以计算得到。在有速度传感器的系统中，转子位置及转速可通过旋转变压器或者光获取。转差频率与转子角频率之和即为定子频率，通过对定子角频率的可以得到转子磁链位置，即静止坐标系和 dq 旋转坐标系之间的坐标变换此外，通过转矩指令并综合转速、母线电压、dq 轴定子电压信息可以得流指令值。在电动汽车用电驱系统中，，通过油门、刹车踏板可以获取转。

磁链观测器

给定励磁电流需要减小以保证系统稳定运行，由此会的变化[10]。转子电阻和电感的变化均会导致电机转子时间常数所述的 IFOC 基本原理，当电机真实转子时间常数与控制系统计导致转子磁场定向出现偏差，进而影响转矩控制精度[11-12]。与磁场定向会导致 dq 轴转子磁链的动态响应过程中出现欠阻尼震速度下降，系统动态性能变差[8-9]。针对转矩控制精度提升的方：构建磁链观测器得到电机定子或者转子磁链，利用估算转矩；实现转子时间常数的在线校正，进而保证转子磁场定向的准为有速度传感器情况下的系统框图，在无速度传感器情况下可通到估计转速。综上，本文将以提高系统转矩控制精度和可靠性测、转子时间常数在线辨识、无速度传感器控制三个方面进行链观测定子反感应电动势积分的电压模型磁链观测器和电流模型磁链磁链观测两个基本方案，其实现框图如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM343

【参考文献】