無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

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摘要 隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電機(jī)控制技術(shù)不斷得到發(fā)展。其中直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(DTC)作為繼矢量變換控制之后又一項(xiàng)新型的現(xiàn)代交流調(diào)速控制技術(shù)，其思路是把交流電機(jī)與逆變器看作一個整體對待，采用空間電壓矢量分析方法進(jìn)行計算，免去了矢量變換的復(fù)雜計算?？刂葡到y(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強(qiáng)、靜動態(tài)性能好、便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化等到優(yōu)點(diǎn)，所以得到了越來越廣泛的重視。
本論文詳細(xì)研究了異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制存在的缺點(diǎn)以及對電動機(jī)調(diào)速性能的要求，改變對定子磁鏈的調(diào)節(jié)方式，使定子磁鏈軌跡近似為一圓形。無速度傳感器轉(zhuǎn)速估算是現(xiàn)代交流傳動研究中的一個重要方向，自適應(yīng)觀測器是無速度傳感器技術(shù)中最常用的方法。無速度傳感器控制系統(tǒng)利用檢測定子電壓、電流等容易測量的物理量進(jìn)行速度估算，以取代速度傳感器，提高控制系統(tǒng)的可靠性，降低成本。無速度傳感器的異步電機(jī)控制對定子電阻的變化非常敏感，尤其是在低速的時候。本課題探討了無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中速度辨識的幾種方法和途徑，即卡爾曼濾波法、模型參考自適應(yīng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度辨識法，對這幾種方法的優(yōu)劣進(jìn)行了比較。
最后，利用MATLAB仿真工具基于完成圓形定子磁鏈軌跡這種直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)。用模型參考自適應(yīng)的方法來估計轉(zhuǎn)速,用異步電機(jī)模型作為參考模型,構(gòu)造觀測器作為可調(diào)模型。可調(diào)模型中電機(jī)轉(zhuǎn)速的估計值為, 構(gòu)成速度的自適應(yīng)觀測器, 利用MATLAB中的庫元件來搭建整個系統(tǒng)的仿真模型。

關(guān)鍵詞:異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制 無速度傳感器 模型參考自適應(yīng)


Application of Speed Sensorless Direct Torque Control System

Abstract With the rapid development of power electronics technology, computer technology and the automatic control technology, various types of motor control technologies have continued to develop. Direct Torque Control Technology (DTC) as a new type of modern AC variable speed control technology after the appearance of the vector control, the idea is taking the AC inverter and as a whole, using space vector analysis method, removed the complex calculation from the vector transform. The control system is simple, robust, good for the static and dynamic performance, easy to achieve the advantages of digital, so it has been paid more and more attention.
In this paper, a detailed study of the induction motor mathematical model based on the traditional direct torque control as well as the shortcomings of the motor speed performance requirements, changes the way to adjust the stator flux so that the track of the stator flux looks like a round.Speed sensorless is an important research direction, the adaptive observer is the most commonly used method in speed sensorless technology. Speed sensor control system for detecting the use of stator voltage, current, and so easy to carry out physical measurements of the speed estimates to replace the speed sensors to enhance control system reliability and lower its cost. Speed sensorless control of the induction motor to the stator resistance changes is very sensitive, especially in low-speed range.
Finally, simulations using MATLAB simulation tools such direct torque control system based on the completion of the circular stator flux trajectory. With model reference adaptive approach to estimate speed, asynchronous motor model as the reference model, constructed observer as an adjustable model. Adjustable motor speed estimation model is constituted speed adaptive observer, the use of MATLAB library components to build a simulation model of the entire system.

Key words Induction Motor Direct Torque Control Speedless Sensor Model Reference Adaptive System

目錄
第一章 緒論 1
1.1 直流調(diào)速技術(shù)與交流調(diào)速技術(shù)的對比 1
1.2 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況 2
1.3 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的難點(diǎn)與熱點(diǎn)研究方向 5
1.4 論文選題的意義和主要研究內(nèi)容 6
1.4.1 選題意義 6
1.4.2 主要內(nèi)容 6
第二章 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本原理及基本結(jié)構(gòu) 8
2.1 異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 8
2.1.1 電壓電流狀態(tài)方程、磁鏈方程，轉(zhuǎn)矩方程及運(yùn)動方程 9
2.1.2 異步電動機(jī)空間矢量等效電路 11
2.2 3/2靜止坐標(biāo)變換 12
2.3 逆變器的數(shù)學(xué)模型與電壓空間矢量 13
2.3.1 理想逆變器的數(shù)學(xué)模型 13
2.3.2 空間電壓矢量 15
2.4 空間電壓矢量對定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩作用 16
2.4.1 空間電壓矢量對定子磁鏈的作用 16
2.4.2 空間電壓矢量對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的作用 17
2.5 定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩觀測 18
2.5.1 傳統(tǒng)定子磁鏈觀測模型 18
2.6 電磁轉(zhuǎn)矩觀測 19
2.7 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的組成[8-18] 20
2.7.1 扇區(qū)選擇 21
2.7.2 磁鏈調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) 21
2.7.3 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) 22
2.7.4 狀態(tài)選擇器 23
2.8 本章小結(jié) 24
第三章 無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究 26
3.1 直接計算法 26
3.1.1 轉(zhuǎn)差計算的基本原理 27
3.1.2 轉(zhuǎn)差計算存在的問題 27
3.2 模型參考自適應(yīng)法(MRAS) 28
3.2.1 模型參考自適應(yīng)法基本理論思想 28
3.2.2 模型參考自適應(yīng)法的改進(jìn) 30
3.3 其他動態(tài)速度估計器 30
3.3.1 速度自適應(yīng)觀測器 30
3.3.2 卡爾曼濾波技術(shù)(KFT) 31
3.3.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度估計器 31
3.3.4 轉(zhuǎn)子齒諧波法(RSR) 32
第四章 無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)MATLAB仿真 33
4.1 MATLAB仿真模型 33
4.2 MATLAB仿真結(jié)果 36
第五章 總結(jié)與展望 38