异步电动机控制系统的效率优化研究

发布时间：2017-03-22 09:00

  本文关键词：异步电动机控制系统的效率优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电机的主要作用是产生驱动转矩,在国计民生中起着基础性作用。其中异步电动机采用按转子磁链定向矢量控制技术可以得到与直流电机相媲美的调速性能,作为一种在实际应用中使用量占80%左右的高能量消耗动力设备,存在着轻载时效率较低的问题,造成了资源的严重浪费。本文围绕异步电动机效率优化控制问题展开研究。首先论文利用坐标变换理论,分析了异步电动机在三相静止坐标系、两相静止坐标系以及旋转坐标系下的基本数学模型。利用基于转子磁链定向矢量控制技术,设计了按转子磁链定向的转速调节外环、电流调节内环的双闭环控制系统,实现励磁分量和转矩分量的完全解耦,以达到类似于直流电机调速的效果。针对异步电动机效率优化策略,根据异步电动机效率优化控制原理、异步电动机的各种损耗、模糊控制技术,以及LMC和模糊SC的优缺点,着重分析和建立了基于电机损耗的损耗模型控制LMC效率优化控制策略、基于模糊在线搜索器SC的效率优化控制策略,并采用了一种新型FLSC效率优化控制策略的数学模型及系统结构图。理论分析得出,新型FLSC异步电动机效率优化控制方法兼有LMC和模糊SC的优点,可以做到有效的节能降耗,具有较高的实用价值。论文以Matlab/Simulink软件为平台,依据实际的异步电动机基本参数搭建仿真模型。所搭建的仿真模型主要包括有：按转子磁链定向的异步电动机矢量控制仿真模型、基于电机损耗的异步电动机控制仿真模型、模糊在线搜索SC效率优化控制仿真模型、FLSC效率寻优控制器仿真模型。首先通过仿真验证了考虑铁损时的异步电动机仿真模型更能真实地反应电机的实际运行情况。然后,在基于转子磁链定向矢量控制系统中分别切入LMC、模糊SC和FLSC三种寻优控制方法,在稳态轻载和动态运行等条件下进行比较验证。仿真和实验研究验证了FLSC效率优化控制策略真正实现了SC算法和LMC算法的统一,兼有收敛速度快和避免电机参数对结果的影响等优点,是一种极具发展前途的异步电动机效率优化控制策略。
【关键词】：异步电动机 转子磁链定向矢量控制 效率优化控制 模糊控制 Matlab/Simulink仿真
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM343;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 异步电动机效率优化控制系统综述14-19
• 1.2.1 三种矢量控制技术的比较和选择14-15
• 1.2.2 模糊控制技术15-16
• 1.2.3 异步电动机效率优化概述16-19
• 1.3 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 异步电动机的数学模型和基于转子磁链定向的变量解耦21-35
• 2.1 异步电动机数学模型的特性21-22
• 2.2 异步电动机的多变量非线性数学模型22-24
• 2.3 矢量控制24-28
• 2.3.1 坐标变换24-25
• 2.3.2 Clark变换25-26
• 2.3.3 Park变换26-28
• 2.3.4 两相同步旋转/三相静止坐标变换(2r/3s)28
• 2.4 考虑铁损的异步电动机数学模型28-31
• 2.4.1 考虑铁损的异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型28-30
• 2.4.2 考虑铁损的异步电动机在两相旋转坐标系下的数学模型30-31
• 2.5 基于转子磁链的异步电动机矢量控制系统31-35
• 2.5.1 基于转子磁链定向的变量解耦31-33
• 2.5.2 基于转子磁链的异步电动机矢量控制系统原理结构图33-35
• 第3章 基于常规算法的效率优化控制35-45
• 3.1 异步电动机效率优化控制原理35
• 3.2 基于电机损耗的损耗模型控制35-41
• 3.2.1 异步电动机的损耗35-37
• 3.2.2 异步电动机最小损耗控制原理37
• 3.2.3 考虑铁损时的异步电动机等效电路37-38
• 3.2.4 损耗模型的建立38-40
• 3.2.5 最优磁链的选择40-41
• 3.3 基于输入功率检测的模糊搜索控制法(SC)41-45
• 3.3.1 模糊控制器41-42
• 3.3.2 模糊在线搜索控制器设计42-45
• 第4章 基于新型模糊搜索算法的效率优化控制系统45-53
• 4.1 模糊SC算法中比例因子选取缺陷分析45
• 4.2 新型模糊搜索(FLSC)控制器比例因子的推导45-47
• 4.3 新型FLSC效率优化控制47-53
• 4.3.1 FLSC模糊搜索单元的设计47-48
• 4.3.2 FLSC算法的控制规则48-49
• 4.3.3 FLSC算法的隶属度函数设计49-51
• 4.3.4 前馈电磁转矩补偿控制51-53
• 第5章 异步电动机控制系统效率优化的仿真研究53-70
• 5.1 Matlab/Simulink仿真环境53
• 5.2 考虑铁损的异步电动机矢量控制变频调速的仿真模型53-60
• 5.2.1 异步电动机矢量控制变频调速的仿真模型53-55
• 5.2.2 考虑铁损的两相静止坐标系下异步电动机仿真模型55-57
• 5.2.3 异步电动机矢量控制模块的仿真模型57-60
• 5.3 LMC的仿真模型60
• 5.4 模糊在线搜索SC效率寻优控制器仿真模型60-61
• 5.5 FLSC效率寻优控制器仿真模型61-62
• 5.6 仿真结果及分析62-70
• 5.6.1 考虑铁损的异步电动机模型仿真实验63
• 5.6.2 轻载稳态运行实验63-66
• 5.6.3 动态运行实验66-70
• 总结70-72
• 参考文献72-77
• 附录A 攻读硕士学位期间的科研成果77-78
• 致谢78

  本文关键词：异步电动机控制系统的效率优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：261198