《感应电动机矢量控制系统中非线性因素研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《感应电动机矢量控制系统中非线性因素研究（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天津大学 硕士学位论文 感应电动机矢量控制系统中非线性因素的研究 姓名：郭乐 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：刘鲁源 2000.1.1 A b 5 | r n c ! A B S T R A C T T h ee f f e c to fn o n l i n e a rf a c t o r ss u c ha st e m p e r a t u r ea n dm a g n e t i cc i r c u i t s a t u r a t i o no nv e c t o rc o n t r o l l e di n d u c I i o nm o t
2、 o rd r i v es y s t e mi sa n a l y z e di n t h i sp a p e r S o m ec o n c l u s i o n sa r ed r a w na sf o l l o w i n g ：( 1 ) I ft h ec o n t r o l a l g o r i t h mc a n ta d a p tt ot h ev a r i a t i o no fs t a t o ra n dr o t o rr e s i s t a n c ei n t r o d u c e d b yt e m p e r a t u
3、 r er i s i n g t h e nf i e l d o r i e n t a t i o nw i l lb ed e t u n e d ；( Z ) M a i n m a g n e t i cc i r c u i ts a t u r a t i o nd o e s n ta f f e c tf i e l do r i e n t a t l o n ，b u tv a r i a t i o no ft h e m u t u a li n d u c l a n c eL 。w i l ll o w e rt h ec o n t r o lp e r f
4、o r m a n c e ；( 3 ) G e n e r a t i o n r e a s o n so ft h et h i r dh a r m o n i cf l u xa n di t se f f e c to nr o t o rt o r q u e T h ei n d u c I i o nm o t o rs a t u r a t i o nm o d e l si n 2 p h a s er e f e r e n c ef r a m ea n d3 一 p h a s er e f e r e n c ef r a m ea r ee s t a b l
5、 i s h e ds e p a r a t e l y T h et w om o d e l sa r e s i m u l a t e du s i n gM A T L A B l a n g u a g e a n dv a r i a t i o nw a v e f o r m so fs o m e p a r a m e t e r sa r ep r e s e n t F i n a l l y , ap a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h mo fi n d u c t i o nm o
6、 t o rb a s e do n a d a p t i v et e c h n o l o g yi sp r o p o s e dT h i sa l g o r i t h mi sa p p l i e di nn o n l i n e a r s i t u a t i o n sw h e r et e m p e r a t u r ei sn o tc o n s t a n to rm a i n m a g n e t i cc i r c u i t s a t u r a t i o no c c u r sT h i sa l g o r i t h mr
7、e q u i r e sl i t t l ef o ri n i t i a t i v ec o n d i t i o na n d o p e r a t i o nc o n d i t i o n T h ec o n v e r g e n c es p e e di sv e r yq u i c ka n dt h e i d e n t i f i c a t i o nr e s u l t si nn o n l i n e a rs i t u a t i o n sa r ea l s og o o d K e y w o r d s ：I n d u c l i
8、 o nM o t o r V e c t o rC o n t r o l N o n l i n e a rF a c l O r P a r a m e t e rI d e n t i f i c a t i o n 摘要 本文分析了感应电动机矢量控制系统中温升、磁路饱和等非线性因素的 影响。指出：( 1 ) - 如果控制算法不能迅速而有效的跟踪温升引起的定、转子电 阻的变化，则磁场定向将被破坏；( 2 ) 磁路饱和不会破坏磁场定向，但对控制 性能将产生不良的影响；( 3 ) 饱和引起的三次谐波的产生原因及其对电磁转矩 的影响。 本文分别建立了两相和三相坐标系F 感应电动机的饱和模型，
9、并利用 M A T L A B 语言进行了仿真分析，以波形的方式指出了主磁路饱和引起的电动机 一些参量的变化情况，并给出了解释。 本文最后提出了一种基于方程误差法的感应电动机参数辨识算法，并将 厂 之运用于温升和磁路饱和等非线性情况进行仿真验证。f 该算法具有对先验知识 要求少、不受运行条件限制、具有较快的收敛速度等优冻，并且在主磁路饱和 和转子侧温度变化较大等情况下仍具有良好的辨识结果。 关键字：感应电动机、矢量控制、非线性因素、参数辨识 绪论 交流电动机是个多变量、强耦合、非线性被控对象，仅用电压频率比恒 定的控制方法，很难满足调速系统的要求。直流电动机则由于其磁通和电枢电 流可以分别独立
10、地进行控制而使得直流调速具有控制方法简单、控制性能良好 的特点，因此在高性能要求的电气传动场合一直是直流调速系统占据统治地 位。7 0 年代问世的矢量控制技术则极大地改变了这一局面，通过模拟真流电 动机的控制特点来进行交流电动机的凋速，使交流电动机具有了真流机样的 外特性。其基本思想是磁场定向和坐标变换，把交流电动机的定子电流，。分解 为沿转子磁通方向的励磁电流，。和与之垂直方向的转矩电流i 。，将静止坐标 变换为转子磁场坐标后便可以实现磁通和转矩的解耦控制【1 】。使系统动态 特性得到了极大的改善。但矢量控制技术首先需要知道转子磁通的位置，才能 进行学标变换。m 于T 艺的原闪，异步I U
11、动机，尤j e 足鼠笼机的转r 磁通楸娥 直接测量，因此只能使用间接的磁通观测器来获取转子磁通的知识( 相位和幅 值) 。转子磁通观测器的准确性与电动机的参数密切相关，其中最主要的两个 参数是互感。和转子时间常数r ，如果它们存在偏差将严重影响控制效果， 甚至破坏磁场定向。而电动机参数又极易受到温升、磁路饱和等非线性因素的 影响发生较大的变化，因此如何迅速、有效地跟踪它们的变化成为保证磁通观 测器准确性的关键。 本论文基于上述目的，首先分析了温升、主磁路饱和等非线性情况对感应 电动机矢量控制系统的影响，然后基丁模型参考自适应控制技术提出了一种电 动机参数辨识方法，并给出了仿真结果。具体章节安排
12、如下： 第一章矢量控制系统概述。给出了感应电动机的数学模型并介绍了矢量控 制系统的基本原理和方程式。 第二章矢量控制系统中的非线性因素。首先介绍了温升引起的定、转子电 阻变化对磁场定向的影响；然后介绍了主磁路饱和对磁场定向、转差频率以及 电动机性能的影响，并介绍了一种通过选择磁通来提高效率的方法；最后重点 介绍了三次谐波磁通的产生机制，并提出了三次谐波转矩对整个电动机电磁转 绪论 的具体影响形式，对以后开展这方面的研究工作提供了一定的帮助。 第三章仿真模型的建立和波形分析。分别在两相和三相坐标系下建立仿真 模型，并对电动机的一些内部参数( 定转子电压、电流等) 的仿真波形进行了 分析，并给出了
13、合理的解释。 第四章饱和情况下电动机的参数辨识。本章首先介绍了自适应技术中的方 程误差法。然后基于这种方法提出了种饱和情况下电动机参数的辨识方法， 并给出了仿真波形，介绍了这种方法的优点和缺点。 整= 兰叁量丝型墨垫墼 一 第一章矢量控制系统概述 第一节交流调速系统的发展趋势 一、交流调速系统取代直流调速系统的历史趋势 电气传动系统按照带动机械运转的原动机的不同分为两类：直流传动系统 和交流传动系统。直流传动系统的研究较早，并且由于其本身具有的调节办法 简单、控制性能较好的特点，长期以来在传动领域占据着统治地位。但自本世 纪五十年代开始，随着现代电力电子器件和新型变频技术的迅速发展，以及现 代
14、控制理论和微机控制技术在传动领域的应用，原来只用于恒遮传动系统的交 流电动机开始广泛应用于变速传动系统，其控制性能也随着控制方法和控制技 术的不断完善而日益优化。交流调速系统已完全可以和直流调速系统相媲美， 并有进一步取代直流调速系统的趋势。究其原因，在于以下两点【2 】： ( - - ) 、直流电机本身具有的机械换向器和电刷结构使得直流传动系统的 应用受到限制。首先，机械换向器由许多铜片组成，铜片之间用云母绝缘片隔 开，这种结构使得直流电机制造工艺复杂、成本高；其次，换向器的表面线速 度及换向电流、电压有一极限容许值，因此直流电机很难应用于高速、大容量 的场合；第三，电刷火花的存在使得直流电
15、机的应用场合受到限制，易燃、易 爆等恶劣场合不适于使用直流调速系统；机械换向器和电刷之间的磨损严重。 电机的平均无故障时间短并且维修麻烦。 ( 二) 、交流调速系统使用方便、造价低、易于维修。和同等容量的直流 电机相比。鼠笼式交流电机要便宜好几倍，且重量要小。交流调速系统在节能， 改善电网的功率因数等方面也较直流调逃系统彳I 很人的优势。 二、交流调速控制技术的发展 交流电机是个多变量、强耦合、非线性被控对象，因此控制方法的好坏 对控制性能有直接的影响，随着现代电力电子器件的发展，交流调速控制技术 得到了迅速的发展，新的控制方法不断出现，使得交流调速系统的性能得到改 善。新技术主要表现在以下几
16、个方面【3 】： 第一章矢量控制系统概述 1 脉宽调制( S P W ) 控制 脉宽调制型变频器的基本原理是心 系列小吲的按一定时问序列排列的 等幅脉冲方波来逼近一条正弦曲线，f “生接近i E 弦的电压与电流，此对电力电 子器件工作在全关或全断的状态，电压与电流同相，功率因数好，能够满足商 性能型交流调速系统的要求。本文将在参数辨识一部分用到。 2 矢量变换控制 直流电机由于可以实现转矩和磁通的独立控制而使控制算法简单，控制 性能良好。但如上所述的直流电机的局限性使得人们开始考虑能否将直流电机 的运行方式应用于交流电机。1 9 7 1 年FB b l a s c h k e 提出的交流电动机矢量控制 技术解决了这一问题，使得交流电机具有了与直流电机相同的外特性，因丽受 到了广泛青睐。本文将详细介绍这一方法。 3 直接转矩控制技术。 直接转矩控制不需要进行坐标变换，而直接在定予坐标t - 计算电动机的 转矩和磁通，分别进行控制，具有比矢量控制更加良好的调速性能。 4 磁场控制方法。 对交流机从磁场的观点进行控制，
