基于扩展卡尔曼方法的无速度传感器直接转矩控制

发布时间：2017-10-05 15:27

  本文关键词：基于扩展卡尔曼方法的无速度传感器直接转矩控制

  更多相关文章： 直接转矩控制 扩展卡尔曼滤波器 状态估计 粒子群算法

【摘要】：直接转矩控制技术具有优越的控制性能,该技术具有控制简单、动态特性好、鲁棒性强和易于数字化控制等优点,现已被广泛使用。本文在详细分析异步电机各类模型和深入研究直接转矩控制技术的基础上,使用Matlab/Simulink平台搭建了传统的异步电机直接转矩控制系统,并分别在无噪声和存在噪声的情况下进行系统仿真,验证了直接转矩控制方式的优越性,同时,通过分析其仿真结果,总结了直接转矩控制系统存在的问题。针对传统直接转矩控制系统固有的低频脉动和控制精度差缺陷,本文提出一种利用扩展卡尔曼滤波器对异步电机进行状态估计的方法,从而实现无速度传感器直接转矩控制。通过分析应用于异步电机的扩展卡尔曼滤波算法,设计出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的异步电机状态观测器,用于同时估计异步电机的转速和负载转矩等状态量,并由此建立基于扩展卡尔曼方法的无速度传感器直接转矩控制系统。仿真实验结果表明,相比传统直接转矩控制,本文设计的基于扩展卡尔曼方法的无速度传感器直接转矩控制系统在低频脉动抑制和随动控制性能上有明显改善,具有较强的鲁棒性。但是,扩展卡尔曼滤波器的滤波性能严重依赖于其噪声矩阵的选取,而传统的试探法整定噪声矩阵费时、过程繁琐,且设计的滤波器性能不一定最优。因此,本文针对异步电机状态估计中难以获取最优噪声矩阵问题,提出了一种基于改进粒子群优化算法辨识扩展卡尔曼滤波器噪声矩阵的方法。通过调整粒子觅食策略对优化算法进行改进,以克服传统粒子群优化算法易陷入局部最优解缺陷,运用改进粒子群优化算法整定扩展卡尔曼滤波器噪声矩阵,再将设计的扩展卡尔曼滤波器应用于异步电机无传感器直接转矩控制系统中。仿真结果表明,与试探法、粒子群优化算法和自适应粒子群优化算法相比,改进粒子群优化算法能够改善滤波器滤波性能,从而提高异步电机无传感器直接转矩系统控制精度。
【关键词】：直接转矩控制 扩展卡尔曼滤波器 状态估计 粒子群算法
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TM343
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究综述12-14
• 1.3 本论文主要研究内容和结构安排14-17
• 第二章 异步电机数学模型研究17-27
• 2.1 异步电机稳态数学模型17-19
• 2.1.1 稳态等效电路17-18
• 2.1.2 异步电机机械特性18-19
• 2.2 异步电机动态数学模型19-22
• 2.2.1 异步电机物理模型19-20
• 2.2.2 异步电机三相动态模型20-22
• 2.3 异步电机正交坐标系上的动态模型22-24
• 2.3.1 Clark变换22-23
• 2.3.2 异步电机正交坐标系上动态模型23-24
• 2.4 异步电机在正交坐标系上的状态空间表达式24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第三章 直接转矩控制系统研究27-39
• 3.1 电压空间矢量定义27
• 3.2 逆变器原理分析27-29
• 3.3 定子磁链控制方案研究29-30
• 3.4 转矩控制方案研究30-31
• 3.5 直接转矩控制系统建模31-36
• 3.5.1 直接转矩控制系统基本结构31-32
• 3.5.2 定子磁链计算模型32-34
• 3.5.3 磁链与转矩控制模型34-35
• 3.5.4 定子磁链扇区判断模型35
• 3.5.5 电压空间矢量选择模型35-36
• 3.6 直接转矩控制系统仿真结果分析36-38
• 3.6.1 无干扰情况下仿真结果分析36
• 3.6.2 存在噪声情况下仿真结果分析36-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第四章 扩展卡尔曼滤波算法研究39-49
• 4.1 随机控制系统39
• 4.2 状态估计问题的描述39-40
• 4.3 状态观测器设计40
• 4.4 最优估计理论40-41
• 4.5 滤波算法的发展41-42
• 4.6 卡尔曼滤波算法42-45
• 4.6.1 卡尔曼滤波器问题42
• 4.6.2 卡尔曼滤波算法思想42-43
• 4.6.3 卡尔曼滤波器计算原型43-44
• 4.6.4 卡尔曼滤波基本方程44-45
• 4.7 扩展卡尔曼滤波算法45-47
• 4.7.1 利用泰勒展开式处理非线性模型的线性化方法45-46
• 4.7.2 扩展卡尔曼滤波流程46-47
• 4.8 本章小结47-49
• 第五章 EKF在无传感器直接转矩控制系统中的应用研究49-61
• 5.1 系统能观性49
• 5.2 EKF设计49-53
• 5.2.1 离散化50-51
• 5.2.2 线性化51
• 5.2.3 基于EKF的电机状态估计流程51-52
• 5.2.4 EKF实现52-53
• 5.3 异步电机不确定度分析53
• 5.4 基于EKF的无传感器直接转矩控制系统搭建53-54
• 5.5 EKF参数变化时转速响应鲁棒性分析54-56
• 5.6 DTC系统仿真结果对比分析56-59
• 5.7 本章小结59-61
• 第六章 PSO算法辨识EKF噪声模型研究61-69
• 6.1 PSO算法61-62
• 6.2 改进PSO(IPSO)62-65
• 6.2.1 飞行策略优化63
• 6.2.2 克服恋食行为63-64
• 6.2.3 完整IPSO算法流程64-65
• 6.3 IPSO优化EKF过程65
• 6.4 IPSO算法收敛性分析65-66
• 6.5 DTC系统转速鲁棒性分析66-68
• 6.5.1 理想环境66-67
• 6.5.2 存在测量和系统噪声67-68
• 6.6 总结68-69
• 第七章 基于STM32的EKF_DTC系统69-75
• 7.1 控制系统硬件平台设计分析69-71
• 7.2 控制系统软件设计71-74
• 7.2.1 主程序流程72-73
• 7.2.2 保护中断服务子程序流程73
• 7.2.3 直接转矩控制中断服务子程序流程73-74
• 7.3 本章小结74-75
• 第八章 总结与展望75-77
• 8.1 全文总结75-76
• 8.2 展望76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-85
• 附录A 攻读硕士学位期间的科研成果85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 马小亮;;矢量控制系统中异步电动机参数的估算和测量[J];电气传动;2010年07期

2 罗辞勇;陈民铀;;克服恋食行为的PSO算法改进研究[J];控制与决策;2008年07期

3 陈硕,徎峰男,山田英二;感应电机无速度传感器矢量控制系统的定子电阻在线辨识[J];中国电机工程学报;2003年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 田飞;模糊控制在直接转矩控制系统中的研究与应用[D];昆明理工大学;2013年

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本文编号：977559