感应电机无速度传感器低速运行鲁棒性提升策略研究

作     者：赵紫潼 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：车海军;吕金

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：感应电机 无速度传感器矢量控制 自适应全阶观测器 转速辨识 参数鲁棒性 定子电阻在线辨识 

摘      要：感应电机具有成本低、结构简单、可靠性高、易于维护等优点,因此得到广泛应用。为实现感应电机高性能转速控制,通常采用光电编码器对转速进行测量,以实现闭环控制。然而,光电传感器在恶劣的环境下可靠性降低,而且增加了电机控制成本。因此,无速度传感器感应电机控制技术应运而生。经过几十年发展,感应电机无速度传感器矢量控制性能已经可以在绝大多数场合替代有速度传感器矢量控制,但是,目前仍然存在着低速发电工况运行不稳定,且在低速运行时对电机参数变化敏感的问题。因此,本文对无速度传感器感应电机低速性能提升策略进行研究。首先,简要分析感应电机在不同坐标系下的动态数学模型,并阐述了矢量控制中主要用到的两种坐标变换,即Clark变换和Park变换。随后,详细分析了SVPWM的控制原理及实现方法,并在MATLAB/Simulink环境下搭建出感应电机有速度传感器矢量控制控制系统仿真模型。其次,针对自适应全阶观测器在低速发电工况下,因传统转速辨识自适应律中忽略磁链误差项,导致转速辨识子系统前向通道传递函数不满足正实的问题,对不稳定现象产生的区域进行定性和定量的分析。提出一种新型转速辨识方法,在传统辨识自适应律中引入电流误差和转子磁链的点乘项,并同时增加权重系数,实现对被忽略的磁链误差项的补偿。通过对自适应全阶观测器的线性化分析,设计反馈矩阵,保证其稳定性。最后,针对感应电机在低速运行时对电机参数变化敏感的问题,对改进后的自适应全阶观测器和现有自适应全阶观测器进行电机参数鲁棒性分析,指出相比于转子电阻,当系统在低速运行时对定子电阻的变化更敏感。并对转速和定子电阻同时辨识方法进行分析,指出在发电区域下无法直接采用现有的定子电阻辨识方法的组合方式实现双参数辨识,随后对自适应全阶观测器进行重新设计,以实现转速与定子电阻的同时辨识。