交流异步电机参数辨识及变频调速控制系统研究

发布时间：2020-06-11 17:42

【摘要】：交流异步电机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、可用于较恶劣环境等优点,在生产机械和生活器械中得到了广泛应用,这也得益于矢量控制理论的普遍应用。矢量控制策略的关键在于磁场定向,而电机参数的精度直接影响着磁场定向的准确性。如果电机某些参数设置不准确或在运行过程中发生变化,将导致磁场定向出现偏差,进而影响矢量控制系统的性能。因此,异步电机的参数辨识至关重要。本文主要研究了交流异步电机矢量控制系统中的参数辨识与变频调速问题。其中讨论了三种参数辨识方法和两种变频调速控制方法。一、系统的分析了异步电机传统参数辨识中的直流、堵转、空载实验的简化电路,在原有的基础上加入了PI电流控制和最小二乘法,又在堵转、空载实验中采用了离散傅里叶变换的数据处理方法,去除了其他谐波的影响,提高了参数辨识的精度。但此种方法精度有限,通过此种参数辨识方法只能确定矢量控制各参数的初始值。二、在转子磁场定向的矢量控制基础上,采用递推最小二乘法进行参数辨识时,需对电机模型中电流的二阶导数进行离散化处理,考虑到这一操作在增加了计算量的同时,还放大了测量噪声。因此,提出了一种改进的异步电机线性模型,此模型输入项中只需要求取电流的一阶导数值,其他为直接观测项。针对测量噪声,采用二阶巴特沃思滤波器进行滤波,并且利用改进的欧拉方法直接求解巴特沃思滤波器的状态方程,直接得到滤波后的电流值和电流的一阶导数值,无需再进行离散化处理。此种参数辨识方法辨识结果准确,方法简单,但是易受噪声、转速波动的影响。三、由于在进行异步电机参数辨识时,对电流的稳定性提出了更高的要求。因此,采用参数自适应PID算法代替异步电机矢量控制电流环中原有的PI控制,该算法采用带遗忘因子的递推最小二乘算法对PID参数进行在线估计,能够根据不同情况实时调整PID参数。四、在利用转子磁场定向α-β坐标系下的电机模型进行遗传算法参数辨识时,其数学模型中转子磁链不可直接观测。因此,提出了一种定子电流定向的坐标系,在此坐标系下可以得到由可直接观测量表示的磁链模型,经坐标变换代入原有电机模型,消去了磁链输入项,避免了观测磁链带来的误差。由于遗传算法在寻优的过程中容易遇到收敛速度慢、陷入局部最优等问题,将牛顿迭代法应用到遗传算法中,对待辨识参数进行一次迭代,大大的提高遗传算法的收敛速度和搜索能力。此种参数辨识方法辨识结果准确,速度快,鲁棒性好。五、异步电机在进行变频调速时,传统的弱磁控制方法无法充分的利用电压输出转矩的能力。因此,提出了一种基于电流边界限制条件的弱磁控制策略。该方法在调节励磁电流后能够使输出转矩电流逼近转矩电流限制条件,进而使定子电流矢量逼近电流限制圆。在恒转矩区可以将最大励磁电流作为励磁电流初始值,提高恒转矩区输出转矩的能力。在弱磁区不需要考虑电压裕量的问题,可以充分的利用电压的输出能力,提高弱磁区输出转矩的能力。鉴于励磁电流调节过程的非线性,同时引入模糊PI控制器,使得调节过程更加精确,具有更好的动、静态特性。
【图文】：

控制结构图,多次测量,线性相关,最小二乘法

电流之间存在 y = ax + b的线性关系，a 为电阻sR ，b 为此线性相关参数[17]。，因此，采用同一条件下多次测量的方值，再根据最小二乘法的原理，未知参。2 21 1( ) ( ) ni i iiy y y ax b = = 112 ( ) 02 ( ) 0ni i iini iiSy ax b xaSy ax bb=== == = 21 1 10n n ni i i ii ix y b x a x= = = =

硬件结构图,实验平台,硬件结构图,控制器

理论研究得到的算法数字化，，应用到异步电机 TMS320F2812 为核心的异步电机实验平台，示电路（包括键盘）、检测电路、信号调制电芯片和25A、1 200 V的IGBT管组成，并且在耦完全隔离高压侧与低压侧，保证 SVPWM 驱中采用的异步电机型号为 JW6324 其参数如表图如图 2-7 所示。表 2-1 异步电机参数表参数数值参数电压/V 36 定子电阻 /sR Ω 电流/A 9 转子电阻 /rR Ω 功率/W 250 互感 / HmL 速/Rpm 1 400 转子电感 / HrL 对数 2 额定磁链 /Wbrψ
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM343

【参考文献】