无位置传感器永磁潜油电机控制策略的研究

发布时间：2017-08-18 14:08

  本文关键词：无位置传感器永磁潜油电机控制策略的研究

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【摘要】：石油是社会发展中不可或缺的重要能源,世界各国对石油的需求量正日益增加,石油开采的技术也在不断进步。由于现阶段油田开采中大多采用的是感应式潜油电机,存在着耗能成本过高、性能较差等问题,如果采用永磁式潜油电机,则对提高系统的效率、降低采油成本等方面会有显著效果。因此,在现今节能减排的背景下,利用永磁潜油电机进行采油的技术值得推广应用。对于潜油电机运行时所处的特殊工况环境,研究其无位置传感器的矢量控制是十分必要的,具有非常可观的经济价值。本论文结合永磁潜油电机实际工程应用的需要,针对其无位置传感器的位置及转速的估算问题进行了相关的研究和分析,对比各无位置传感器控制算法的优缺点,提出了运用一种简单易行且鲁棒性强的滑模观测器法来检测转子位置,从而实现永磁潜油电机矢量控制的性能要求。首先,简单介绍并分析了永磁潜油电机的结构及其特点,建立了相关的物理模型及其数学模型,确定了矢量控制的控制方法,并研究了长电缆情况下永磁潜油电机矢量控制的补偿算法。简要地叙述了空间矢量脉宽调制技术原理及其实现过程,并对其做了相关仿真。其次,基于滑模变结构的基本控制理论,对传统滑模观测器的转子位置及转速的估算方法进行了相关分析。然后针对传统型滑模观测器在所得到的转子位置检测的结果中所存在的一系列问题,如抖动较大、检测精度较低等,故而提出该算法的改进方案。采用卡尔曼滤波的方法对反电势信息实现二次滤波,饱和函数替代开关函数,最后利用锁相环技术进行位置和转速的估算。针对油井的高温环境可能会导致电机参数变化的问题,加入了定子电阻的参数辨识,以提高估算精度,并对电机的启动问题进行了简单的分析。最后,搭建了基于滑模观测器的矢量控制系统仿真模型,并对传统型滑模观测器和改进型滑模观测器进行了对比仿真与分析。针对采油系统中可能存在的各种工况环境,利用改进型的算法估算转子位置及转速的方案进行了相关的仿真实验,仿真结果证明了所提出的改进算法的有效性与可行性。
【关键词】：永磁潜油电机 无位置传感器 矢量控制 滑模观测器 锁相环
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的背景与意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 课题研究的意义9-10
• 1.2 永磁潜油电机的发展概述10-12
• 1.3 无位置传感器的控制技术12-14
• 1.3.1 国内外研究现状12
• 1.3.2 无位置传感器技术的估算方法12-14
• 1.4 本文的研究工作14-16
• 第2章 永磁潜油电机的数学模型及其矢量控制16-33
• 2.1 永磁潜油电机的结构特点16-17
• 2.1.1 永磁潜油电机的基本结构16
• 2.1.2 永磁同步电机的分类16-17
• 2.2 永磁潜油电机的数学模型17-23
• 2.2.1 物理模型17-19
• 2.2.2 坐标变换19-20
• 2.2.3 不同坐标系下PMSM的数学模型20-23
• 2.3 永磁潜油电机的矢量控制23-25
• 2.3.1 矢量控制的基本原理23-24
• 2.3.2 矢量控制的补偿算法24-25
• 2.4 空间矢量脉宽调制技术25-32
• 2.4.1 SVPWM基本原理25-28
• 2.4.2 SVPWM算法及仿真实现28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 基于滑模观测器的转子位置检测的实现33-41
• 3.1 滑模变结构的基本理论33-36
• 3.1.1 滑模变结构控制原理33
• 3.1.2 滑模变结构的控制特性33-35
• 3.1.3 滑模变结构控制器设计35-36
• 3.2 基于滑模观测器的转子位置估算36-39
• 3.3 电机的开环启动39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 改进型滑模观测器的算法设计41-49
• 4.1 抖振的削弱41-43
• 4.1.1 抖振产生的原因41
• 4.1.2 改进的滑模电流观测器41-43
• 4.2 反电势观测器43-45
• 4.3 锁相环的位置估算45-46
• 4.4 定子电阻参数辨识46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 无位置传感器矢量控制系统仿真研究49-59
• 5.1 系统仿真模型的建立49-52
• 5.2 系统仿真分析52-58
• 5.2.1 两种滑模观测器的仿真对比分析52-55
• 5.2.2 不同工况时的仿真分析55-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第6章 结论59-61
• 参考文献61-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：694979