双三相感应电机无速度传感器矢量控制系统研究

摘要

随着科学技术的发展，传统的三相电机调速系统在船舶推进、航空航天等低压大功率应用场合往往不能够满足控制需求，使得多相电机调速控制逐渐成为研究热点。与传统的三相交流电机相比，多相感应电机具有转矩脉动小、可靠性高、能够实现低压大功率运行等优点。为了实现高性能的控制需求，常采用矢量控制和直接转矩控制的闭环控制策略进行交流调速控制。与直接转矩控制相比，矢量控制所得电机电流纹波更少，且其转矩脉动也相对较低。传统的速度传感器常会受到环境及电机参数的影响，转速检测不精确，通过转速估计模块替代速度传感器的无速度传感器技术，能够解决这类问题。
　　本文以双三相感应电机为研究对象，对其绕组结构、时空谐波特性以及磁动势情况进行了研究分析。根据空间矢量解耦变换理论，建立了双三相感应电机数学模型，通过仿真实验研究验证了其正确性。
　　为了有效抑制空间谐波电流，根据空间矢量解耦变换原理，采用合适的中间电压矢量进行合成，实现一种新的空间矢量解耦空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法，并通过开环仿真模型，对该算法进行了验证。
　　根据转子磁链定向原理，研究了传统的双三相感应电机矢量控制策略，然后通过采用内模控制器替代电流环 PI调节器，研究了基于电流环内模控制的双三相感应电机矢量控制系统。通过对两种控制方案的仿真对比，验证了内模矢量控制方案的正确性和优越性。
　　采用无速度传感器模块代替传统的轴编码器对电机转速进行估计跟踪，以模型参考自适应(MRAS)原理为基础，采用一种变参数型MRAS转速辨识算法对双三相电机调速系统的无速度传感器模块进行了优化设计，使其能够在电机低速和高速运转时都能表现出良好的跟踪特性。
　　通过双三相感应电机实验平台分别对开环 SVPWM算法、闭环矢量控制策略以及无速度传感器控制方案进行了实验研究，结果表明文中所述理研究的理论及方法的有效性与可行性。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.2 多相电机调速系统研究现状(Research Status of Multi-phase Motor Speed Control System)

1.3 多相电机矢量控制技术(Multi-phase Motor Vector Control Technology)

1.4 无 速 度 传感 器 控 制 技 术 (Speed Sensor-less Control Technology)

1.5 主要研究内容(Main Research Contents of This Thesis)

2 双三相感应电机数学模型

2.2 双三相感应电机自然坐标系下数学模型(Mathematical Model of Dual Three-phase Induction Motor in Original Frame)

2.3 双三相感应电机空间矢量解耦变换(Space Vector Decoupling Transformation of Dual Three-phase Induction Motor)

2.4 双三相感应电机两相静止坐标系下数学模型(Mathematical Model of Dual Three-phase Induction Motor in Two-phase Stationary Frame)

2.5 仿真分析(Simulation Analysis)

2.6 本章小结(Chapter Conclusion)

3 六相逆变器SVPWM技术

3.1 传统六相 SVPWM 算法(Traditional Six-phase SVPWM Technology)

3.2 空间矢量解耦的六相 SVPWM 算法(Six-phase SVPWM Technology Based on Vector Space Decomposition)

3.3 仿真分析(Simulation Analysis)

3.4 本章小结(Chapter Conclusion)

4 双三相感应电机矢量控制系统

4.1 双三相感应电机同步旋转坐标系(d-q)下数学模型(Dual Three-phase Induction Motor model on d-q Synchronous Rotation Reference Coordinate System)

4.2 双三相感应电机转子磁链定向矢量控制系统(Vector Control System of Dual Three-phase Induction Motor Based on Rotor Flux Oriented Principle)

4.3 双三相感应电机电流环内模控制矢量控制系统(Current Loop Using IMC Vector Control System of Dual Three-phase Induction Motor)

4.4 仿真分析(Simulation Analysis)

4.5 本章小结(Chapter Conclusion)

5 双三相感应电机无速度传感器控制系统

5.1 模型参考自适应控制的转速辨识算法(Model Reference Adaptive Control of Speed Identification Algorithm)

5.2 双三相感应电机无速度传感器矢量控制系统(Dual Three-phase Induction Motor Speed Sensor-less Vector Control System)

5.3 仿真分析(Simulation Analysis)

5.4 本章小结(Chapter Conclusion)

6 双三相感应电机无速度传感器矢量控制系统实验研究

6.1 系统硬件平台(Hardware Platform of The System)

6.2 实验平台设计(Design of Experimental Platform)

6.3 系统软件设计(Design of System Software)

6.4 实验结果分析(Analyses of Experimental Results)

6.5 本章小结(Chapter Conclusion)

7 总结与展望

参考文献

作者简历

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