变频调速系统的电流传感器全容错控制及性能提升研究

发布时间：2020-07-30 16:21

【摘要】：随着矢量控制技术的发展,感应电机的调速性能不断提高,因其结构简单、使用成本低等特点在工业传动及电力拖动等领域均有广泛应用。传感器在矢量控制系统中起到重要作用,发生故障可能会导致严重后果,对其故障下的容错控制成为学术界的研究重点之一。本文研究内容主要为感应电机变频调速系统中电流传感器发生故障下的全容错控制,在仅有一相电流或速度传感器的控制模式下保证系统在对应故障发生时仍能正常运转,具有较高的工业应用价值。速度环的性能直接决定感应电机运行转速的稳定性,本文首先对速度环抗扰性能的提升进行研究。基于扩张状态观测器(Extened-State-Observer,ESO)构建转矩观测器对负载转矩及转速进行估计,对观测器极点对系统性能的影响进行讨论,并在采用PI调节器的速度环基础上引入转矩前馈补偿,提高控制系统对外部转矩变化的扰动能力,该方法能够在不影响速度环稳定性的情况下减小负载转矩变化下的转速波动。针对感应电机变频调速系统在仅有一相电流传感器及仅无电流有速度传感器模式下的容错控制方案进行研究。单电流无速度传感器控制系统中以磁链为状态变量根据感应电机数学模型构建状态观测器对磁链及定子转速进行观测,以传统转速自适应律为基础,通过磁链与电流在两相静止与旋转坐标系下的几何关系进行理论推导,引入励磁电流误差项对转速自适应律进行改进并重新设计误差反馈矩阵以提高控制系统的低速性能,结合缺相电流补偿方法提出单电流无速度传感器控制模式下的容错方案。在电流传感器全部故障仅有速度传感器的情况,电流内环无法实现闭环控制,本文首先通过感应电机数学模型推导出无差拍预测控制模型并考虑系统控制时延,提出考虑时延的无差拍预测控制算法,结合Luenberger观测器与电流给定值进行电流预测并构成虚拟电流环,完成电流传感器全部故障下的无电流传感器容错控制算法。所提出速度环抗扰方案及控制系统传感器容错方案均在2.2k W感应电机实验平台上进行实现,通过实验结果能够看出基于转矩前馈的速度环抗扰方法能够有效减小外部转矩突变对电机转速的影响,单电流无速度传感器与无电流传感器容错控制方案均能保证控制系统在传感器失效的情况下使电机正常运转。
【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】：2018
【分类号】：TM346;TP212

【参考文献】