徐静[1]2006年在《异步电机按定子磁链定向的连续型矢量控制策略的研究与实现》文中研究指明由于工作原理和材料结构上的原因，异步电机的转子侧参数易变难测，因此所有建立在异步电机动态数学模型基础之上并且利用转子侧参数进行控制的调速系统都或多或少地受到转子参数变化的影响，例如广泛采用的按转子磁链定向的(RFO)矢量控制系统。采用定子磁链控制的传统直接转矩控制(DTC)虽然能有效提高控制系统的鲁棒性，但由于磁链和转矩砰—砰控制器的使用，低速性能不佳。因此，如何综合RFO和DTC系统之所长，弥补各自的主要不足，使得控制系统具有静／动态性能好、鲁棒性强、调速范围大，这是值得研究的方向。本文根据异步电机的动态数学模型，提出新型的SFO矢量控制系统，在保持较高动态性能的基础上，克服了转子电阻和各项电感参数对调速系统性能的影响。研究的主要内容有：1．研究和分析了不同状态变量描述的异步电机的动态数学模型，指出依据不同数学模型导出的控制算法在鲁棒性上的异同。2．对砰—砰控制的机理和实质加以论述，通过分析和仿真说明，无论是电流、磁链或是转矩的砰—砰控制都将引起转矩的脉动。3．提出异步电机按定子磁链定向的电压矢量控制方法，使得控制系统在较高动态性能的前提下，避开转子电阻和各项电感参数，提高了系统的鲁棒性，并指出该方案的局限性。4．提出异步电机按定子磁链定向的转差型矢量控制方案，通过闭环构造转差频率信号，在保持按定子磁链定向的电压矢量控制优点的基础上，进一步提高了控制系统的动态性能。5．研究和实现了基于微处理器的M/T法测速，具有可靠性好、适用的调速范围大、抗干扰能力强的优点。6．对现有U-I磁链观测法的优缺加以分析，采用一种新型、实用的定子磁链控制方案。7．对功率器件的死区、管压降和开/关延时的效应加以理论分析，给出相应的对策并取得了较好的效果。8．对开关—线性复合技术在交流调速系统中的应用加以实验验证。
谢鸿鸣[2]2000年在《交流异步电动机按定子磁链定向的电流矢量控制》文中研究说明异步电机因自身结构问题造成其转子侧参数具有易变难测的特点，使得任何建立于电机数学模型基础之上且利用转子参数进行变量计算的调速系统性能都或多或少地受转子参数变化的影响。 采用定子磁链控制能有效地提高系统对转子侧参数的鲁棒性，其原因在于定子磁链观测模型可以避免转子参数的引入，模型的唯一参数是较易在线测量的定子电阻，从而在理论上保证了磁链观测结果的强鲁棒性。目前，建立于电机动态模型之上的定子磁链控制方法有直接转矩控制(DTC)、间接自控制(ISR)和直接定子磁链定向控制(DSFO)，它们采用了不同的控制手段，表现出的性能也不同。但DTC由于砰-砰控制影响了低速性能，ISR和DSFO仍然避免不了对转子参数的依赖。 本文依据异步电机动态模型，在分析电机内部电流及磁链关系的基础上，提出异步电机按定子磁链定向的电流矢量控制方案，在保持较高动态特性的前提下，基本消除了转子参数对调速系统控制性能的影响，成为一种既综合了矢量控制和直接转矩控制的优点，又克服了它们各自的主要缺点的异步电动机高动态性能强鲁棒性的新型控制方案。研究的主要内容有： 研究了异步电机的动态数学模型，通过选择转子量到定子侧折算的不同方法，获得由不同状态变量表示的电机模型状态方程，随之得到不同形式的动态等值电路。2000年上海大学博士学位论文 根据磁场加速法原理，在理论上定性地分析了电机转子参数对矢量控制系统性能的影响。结合定子磁链控制，提出异步电机基于定子磁链幅值恒定的电压矢量控制方案，并对该方案的非线性局限进行了分析。 分析了电机内部电流及磁链的关系，提出异步电机按定子磁链定向的电流控制方案，通过分别调节定子电流的力矩分量及与磁链幅值相关的横轴分量，使系统在保持高动态响应下实现转矩的连续平滑控制，同时避免了对转子电阻、转子时间常数的依赖，提高了系统的鲁棒性。 首次运用数学手段详细分析了定子磁链的间接观测方法，对各种观测方法的本质进行了较为严密的说明。 从理论上分析了变频器死区效应、业和高次谐波对系统性 dt能、电机及外部设备的影响。并给出了若干减少变频器负面影响的对策。 结合TI公司的TMS320F240 EVM，建立了异步电机按定子磁链定向的电流控制调速装置。在这基础上的一系列试验说明控制系统具有较好的动、静态性能和较高的抗负载扰动能力。
王娜[3]2007年在《定子电流定向控制及其运动特性的研究》文中研究表明随着现代科技的进步,近几十年来,微电子技术、计算机技术以及电力电子技术的飞速发展为交流电气传动控制的进步提供了技术保障;而控制理沦的发展则为人们制定先进的交流异步电机控制策略提供了理论依据。按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制的广泛应用,使交流传动控制系统逐步占主导地位。矢量控制和直接转矩控制的核心是控制磁链,然而对于交流电机而言定、转子磁链都是中间量,真正决定异步机性能的是定子磁势(电流)。本文抛开这些控制中间量直接控制定子电流,提出定子电流定向控制策略。定子电流定向控制系统吸取转差频率控制同步角度的求解方法确定定子电流d轴分量的旋转角度;遵循矢量控制的思想,将定子电流分解为两相分别进行控制;借鉴直接转矩控制中的以改变角度为主要手段来实现转矩阶跃变化的方法。在控制过程中同时调整其定子电流的幅值和位置,不刻意追求磁链幅值的恒定,和电流转矩一样在限制最大值的前提下,动态调整磁链,实现了转矩的快速响应,提高了系统效率。本论文在电流定向控制理论的指导下,设计了基于单结构电流模型的控制系统结构,以定子电流为控制对象,分析了定子电流定向控制的转矩特性。针对PMSM的研究现状,在分析PMSM的结构、种类、和磁路特性的基础上,推导出PMSM定子电流定向控制的理论基础,并且在低速运行的状态下进行系统仿真研究。利用TI公司生产的TMS320LF2407A芯片设计了永磁同步电动机位置控制系统的硬件电路,通过仿真和实验证明,定子电流定向控制带大惯性负载的控制优势。
高芳[4]2012年在《模糊控制在异步电动机变频调速系统中的应用研究》文中研究指明随着电力电子技术和现代变频调速的发展，以及交流电动机矢量控制理论的提出，使变频器的技术有了很大的发展。近年来，智能控制在电机调速方面也有着很大的发展，而模糊控制理论作为智能控制的一个分支，应用到异步电动机矢量控制理论中，能够进一步提高电动机调速的动静态性能。本文根据三相异步电动机的数学模型和矢量控制的基本原理，分析研究了异步电动机的矢量控制系统，将传统的ASR转速调节器中的PID控制进行了改进，将其设计为自适应模糊PID控制，并建立了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型，对传统的PID控制及自适应模糊PID控制进行比较。本文研究的主要内容可分为三部分：首先，介绍了交流调速及变频器技术的发展概况以及智能控制理论在电气传动系统中的应用，分析了异步电动机的矢量控制方法。本文采用了二相旋转坐标系中的转子磁链观测器来确定转子磁链的位置，采用了电流滞环脉冲发生器输出触发脉冲，并且建立了矢量控制调速系统。其次，介绍了PID控制原理和自适应模糊PID控制原理，对阶跃信号进行仿真实验。验证自适应模糊PID控制的响应速度快的优点。接着，利用Matlab/Simulink建立仿真模型，建立了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型，分别将传统PID控制与自适应模糊PID控制应用于ASR转速调节器中，通过仿真实验，验证了相对应传统PID控制而言，自适应模糊PID控制具有响应速度快，超调量低的优点。最后总结了本文所做的工作，并对今后的研究做出了分析与展望。
朱军[5]2006年在《五相异步电机变频调速系统控制方法研究》文中研究说明多相异步电机调速系统由于具有诸多优点,如可用低压功率器件实现大功率调速、具有多相冗余结构使调速系统的可靠性得以改善(如多相异步电机调速系统在损失一相或几相定子激励情况下能继续起动和运行)、转矩脉动小等等,已在一些特殊场合获得成功应用。然而,作为一种新技术,在用多相异步电机替代三相异步电机时,还存在许多问题需要研究和解决。本文以五相异步电机调速系统为研究对象,对五相异步电机的模型、五相逆变器PWM算法、五相异步电机调速系统的调速控制策略、不平衡运行状态下电机特性以及系统的仿真和实验进行了较为全面、深入的分析和研究。采用广义瞬时对称分量变换建立了五相异步电机的数学模型和等效电路。基于广义两相实变换,推导了五相异步电机静止坐标系下的广义α?β模型和等效电路。通过研究三相PWM算法的统一数学模型,基于空间矢量理论和统一调制理论,提出了一种适用于五相异步电机的统一电压调制〔UVM)算法。由于这种算法充分利用了五相逆变器众多的空间电压矢量,从而可以获得谐波含量较小的电机电流波形和畸变较小的电机磁链,有利于减小转矩脉动,提高系统的转矩快速响应性能。综合矢量控制和直接转矩控制的优点,考虑五相异步电机的特点,提出一种新型的异步电动机按定子磁场定向的矢量控制方法。对平衡和不平衡运行状态下的五相异步电机特性进行了分析和仿真研究。五相异步电机在不平衡运行时,虽然运行性能下降,但优于三相电机。采用Matlab/Simulink对五相异步电机变频调速系统进行了仿真。采用数字信号处理器(DSP)进行控制,搭建了一个全数字化五相异步电机变频调速系统实验平台,对五相异步电机变频调速系统进行了实验,并给出了实验结果和分析。
刘红伟[6]2014年在《永磁同步电机控制策略及算法融合研究》文中研究表明随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料学科、自动控制理论、智能控制理论等理论和技术的快速发展，高效能、高功率密度的永磁同步电动机正广泛应用于工业、航空航天、国防军事等领域的运动控制系统中，以永磁同步电动机为执行机构的全数字永磁同步伺服系统正在逐步取代直流电动机、步进电动机运动系统而成为伺服驱动系统的发展方向。然而，由于永磁同步伺服系统受电机多变量耦合性和参数变化、外部负载扰动、恶劣环境等因素的影响，要获得高性能、宽调速范围的永磁同步伺服系统，必须对永磁同步电动机的模型进行深入的分析，研究先进的控制策略与控制手段，使系统具有较强的环境适应性和抗扰动能力。本论文的主要工作就是围绕高性能的全数字永磁同步伺服系统控制策略的研究而展开的，论文的主要内容如下：对正弦波永磁同步电动机的电磁过程、矩角特性进行了分析，建立了三种坐标系下的定子磁链方程、电压方程和电磁转矩方程，为控制策略的分析提供了理论铺垫。目前，正弦波永磁同步电动机伺服控制系统主流的控制策略有按转子磁链定向的矢量控制策略和按定子磁链定向直接转矩控制策略。系统地分析了永磁同步电动机按转子磁链定向的矢量控制策略的基本原理和实现方法，搭建了id=0的矢量控制策略的仿真模型，并对电流环和转速环的PI调节器参数进行了整定，特别解析了电流环带宽和调节器参数的关系。分析了初始零位偏差对转速环性能影响，利用劳斯判据对存在初始零位偏差的转速环的稳定性进行了判定，仿真和实验结果表明，随着初始零位偏差的增大，转速环的响应性能和抗扰性能将会变差。在总结常用的限幅策略的基础上提出了一种新的限幅方法，理论分析了证明了该方法的有效性和优良性。对按定子磁链定向的直接转矩控制策略进行了原理性的分析，在常规的直接转矩控制方案的基础上对定子磁链幅值的给定机制进行了改良，仿真表明，这种新的定子磁链幅值给定机制使得电磁转矩的阶跃响应性能达到最优。分析比较了按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制两种方案的控制结构上的异同点和电磁转矩环的阶跃响应性能，融合二者的优点，研究了按定子磁链定向的电压空间矢量脉宽调制技术的控制算法，仿真和实验验证了该方法的有效性和阶跃响应的优越性。最后搭建了全数字永磁同步电动机伺服控制系统的硬件平台并在硬件平台上实现了矢量控制算法、直接转矩控制算法及融合算法。实验结果也在一定程度上验证了三种控制算法的优缺点。设计了21位双通道旋转变压器解码作为全数字永磁同步电动机的伺服控制系统的反馈通道。实验中搭建测试平台，用自准直仪和多面棱镜对该测角系统精度进行测量。结果表明，测角误差均方根值达到20角秒，经系统误差修正后整个系统测角误差均方根值达到9.46角秒。最后本文对测角系统的系统误差产生原因进行了分析。
卢洁[7]2005年在《定子磁场定向的异步电机无速度传感器矢量控制系统研究》文中进行了进一步梳理异步电机按定子磁场定向的矢量控制克服了按转子磁场定向的矢量控制系统对转子参数的依赖性,又没有直接转矩控制中的砰—砰控制带来的转矩脉动,是一种鲁棒性良好的高性能异步电机控制策略。本文对一种新型的基于定子磁链定向的无速度传感器矢量控制系统作了研究和分析。 首先根据异步电机在定子磁链定向控制时的数学模型,分析了按定子磁链定向控制的特点,即电机的动态模型存在着交叉耦合,当按照电流解耦控制时系统结构较复杂且易受定子电阻变化的影响。对比几种常用的定子磁链观测方法的优缺点之后,在一种无需电阻参数的定子磁链观测法的基础上,通过一种在线校正定子电阻并补偿定子电阻压降的自适应控制策略保持定子磁链幅值恒定在指令值。由于无需再按定子电流解耦控制,因而系统结构大为简化,这是无速度传感器控制系统研究的基础和前提。 在矢量控制系统中采用定子磁场定向,并进一步加入了转速估计、转速调节闭环、转差计算和常用的转矩电流限幅等重要环节,构成了一种无速度传感器矢量控制变频调速系统。采用定子电流转矩分量的实测值与转速调节器输出值之间的误差进行转速推算。建立系统的二相d-q坐标系下的等效仿真模型,使用SIMULINK作为仿真工具,仿真结果表明该控制系统具有较好的动态性能,调速范围较宽,转矩控制平稳,转速推算精度与飞轮惯量设定误差无关,转差计算误差因素也得到初步分析。 本文最后对该控制系统的实现方案进行初步探讨。确定该系统主回路结构并研究了电压空间矢量调制算法,结合TMS320F2407A型DSP的结构特点和功能,对系统的控制程序流程进行了初步设计。
陈久伟[8]2018年在《轧制过程中高性能负荷力矩响应的交流电机控制方法研究》文中进行了进一步梳理近20年来,轧制工业过程中的电气传动系统已由直流电机控制转向了交流电机控制。特别是大型宽带钢热连轧和冷连轧生产线上,基本都采用了交流电机拖动。原因主要是在于交流电机便于维护,同等功率下体积小、转动惯量小、功率利用率高的优点。对于大型宽带钢连轧生产线,交流电机控制基本是三种类型。其一是轧机主传动设计同步电动机拖动,目的是利用同步电动机工作在过励磁的状态下,使电动机处于容型负载性质,有利于工厂的无功补偿,控制方法基本上是采用空间矢量控制;其二是对于中等功率状态下的拖动系统,例如立辊轧机、卷取机、飞剪等设备的传动控制,目的是利用交流异步电机转动惯量小,便于启动和快速的负荷响应,控制方法基本上是采用磁场定向、电流解耦的矢量控制;其三是对于功率小、电机多的辅助传动系统,例如传输辊道设备的拖动,基本上是采用公共直流母线的变频控制系统。轧制过程中拖动系统具有一种显而易见的共性特点,就是负荷频繁突变,例如主轧机咬钢和抛钢、飞剪的剪切动作、卷取机的咬钢上卷等。由于此特点,也为交流电机应用于轧制过程拖动控制带来了伴随性的缺点。即动态速降不可避免,无论采取何种控制手段,速度的动态调整精度必将受限,而对于连续轧机机组,速度的匹配及动态响应性能要求很高,此项缺点必须要予以解决。由理论分析可知交流电机控制系统属于典型的非线性控制系统,使用经典的控制理论应用于速度、张力(力矩)控制时,动态响应性能也会受到限制,不能与直流电机控制系统相媲美。为了利用交流电机拖动系统的优点,克服它自身带来的不足,本文主要研究电气传动系统的外补偿控制方法,达到大型宽带钢连轧机各主要拖动设备控制性能要求,主要创新点及工作如下。提出且设计了一种软测量负荷观测器,从速度给定上给出外补偿控制,在无负荷直接检测装置的前提下,解决了动态速降问题,提高动态速度补偿的精度。由于轧制负荷的突变,虽然有轧制压力的直接检测仪表,而机械和电磁感应原理带来的滞后响应必然存在,会造成外补偿方法达不到预期效果。本文所设计的负荷观测器是基于交流电机自身的电磁力矩突变观测组成,而电机的电磁力矩的变化不仅在于负荷突变时出现,在正常的加减速调整时也会出现,又由于加减速造成的电磁力矩变化是不能由轧制力检测获得,二者之间也无直接的线性关系,故设计软测量负荷观测器,从众多的电磁力矩变化因素中,无滞后地准确获得轧制负荷突变信息,从而给出准确的外补偿控制量。提出且设计了一种卷取张力补偿控制器,在无张力传感器直接检测的前提下,实现了被控对象参数时变时自适应的张力跟踪控制,提高了卷取张力控制精度和自适应性。原因是在轧制过程中,卷取机张力控制精度十分重要,关系到钢卷的卷型、板形质量以及生产的顺行等问题。卷取机在咬钢上卷后,卷径将由小变大连续变化,在不同规格宽度下,转动惯量将产生明显的时变,致使张力控制对象模型时变,此时若采用经典的固定参数线性调节器控制,不能达到全局的张力动态最优化控制,高性能张力响应精度会因此受到限制。本文设计了基于多模型切换自适应控制进行分段补偿;基于自抗扰控制原理的卷取张力跟踪器以及外补偿控制,利用自抗扰理论自身的跟踪性能、扩张状态观测器弱化对象模型参数需求的特点,提高了控制器的自适应性。提出一种无源控制与气隙磁场定向控制相结合的电励磁同步电动机控制策略,提高了调速系统控制品质和减少了功率变换器的容量。首先针对由于负荷突变的电枢反应使电励磁同步电动机磁场定向矢量控制动态过程中,转矩和磁链不能解耦,调速系统的动态品质下降以及定子电压升高、感性功率角变大致使逆变器的电压、容量增加的问题,采取气隙磁场定向与不追求实时解耦的无源控制解决。其次是弱化交流电机模型非线性控制的复杂性,采取定子励磁电流、转矩电流、转子激磁电流混合调整克服由于轧制负荷频繁突变时,功角震荡和不稳定的问题,提出了无源性控制与气隙磁场定向的组合设计方法,从理论上证明了控制器的稳定性,稳定裕度与机械阻尼、定子电阻的关系。无源性控制的优点是直接利用电机能量关系,保留电机的非线性结构,抵消无功力简化控制器设计,实现系统的全局稳定性,无奇异点问题。文中对于所提出的方法均给出了详细的理论描述和分析,进行了仿真研究和结果分析,并给出了有关高性能交流电机控制方法的综述、分析、归纳与总结。
杨勇[9]2006年在《基于DSP的SVPWM矢量控制变频调速系统的研究》文中指出近年来，随着新一代电力电子器件和微处器的推出，以及精确的电机模型和各种先进的控制策略的提出，极大的促进了电机控制的发展，使得精度高、调速范围宽、控制性能好的电机控制器的实现成为可能。 矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标理论的基础上发展起来的，具有他先进性、新颖性和实用性的特点。矢量控制的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。 论文基于DSP技术的高度发展，选用了TI公司的TMS320F240为主要的处理器，开发了基于矢量控制的变频调速系统。文中对变频系统的主电路、智能功率模块IPM以及电流、电压、转速的检测都作了详细的介绍。 电压空间矢量PWM技术(SVPWM)将逆变器和电动机视为一体，由之控制的变频器具有输出转矩脉动量低、直流利用率高、开关损耗小、高速调速性能好等优点，适用于高性能电机调速控制系统。本文对基于SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)技术的感应电机变频策略从控制理论、数学模型、仿真和实验等方面进行了较为系统和全面的研究。最后实现了基于数字信号(DSP)转子磁场定向矢量控制系统，实验结果表明该控制系统有很好的动态和静态性能。
许宇豪[10]2015年在《电压输出控制型逆变器按定子磁链定向的矢量控制系统研究》文中进行了进一步梳理异步电机具有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求,因而被广泛使用。异步电机有多种调速方法,其中,矢量控制是应用较为成熟,且具有高动态调速性能的控制方法之一。传统矢量控制,即电流输出控制型逆变器按转子磁链定向的矢量控制,虽已获得广泛应用,但仍存在一个突出问题,异步电机的转子参数对环境变化较为敏感,无法达到理论上的控制效果。首先,本文介绍了交流调速的发展状况,阐述了矢量控制的基本原理和研究方法,说明了改进传统矢量控制方法具有重要的研究价值。其次,通过对现有的六种矢量控制方案的理论推导和对比分析,得出结论,采用电压输出控制型逆变器按定子磁链定向,电流输出控制型逆变器按定子和气隙磁链定向,这三种方案检测环节不含有转子参数,系统的鲁棒性强,并在Matlab/Simulink中进行了仿真,进一步验证了该结论。考虑到系统实现的难易程度以及控制效果,本文选择电压输出控制型逆变器按定子磁链定向的方法进行了实验研究。设计了该方案的闭环控制系统,进行了系统的离散化建模和仿真,搭建了实验系统的硬件电路,并采用TI公司的DSP TMS320F2812开发板编写了矢量控制的软件算法,进行了实验研究。结果表明该方案的可行性,理论推导的正确性,表明该方案在交流调速方法中具有较大优势。
参考文献：
[1]. 异步电机按定子磁链定向的连续型矢量控制策略的研究与实现[D]. 徐静. 上海大学. 2006
[2]. 交流异步电动机按定子磁链定向的电流矢量控制[D]. 谢鸿鸣. 上海大学. 2000
[3]. 定子电流定向控制及其运动特性的研究[D]. 王娜. 河北工业大学. 2007
[4]. 模糊控制在异步电动机变频调速系统中的应用研究[D]. 高芳. 西安科技大学. 2012
[5]. 五相异步电机变频调速系统控制方法研究[D]. 朱军. 华中科技大学. 2006
[6]. 永磁同步电机控制策略及算法融合研究[D]. 刘红伟. 中国科学院研究生院（光电技术研究所）. 2014
[7]. 定子磁场定向的异步电机无速度传感器矢量控制系统研究[D]. 卢洁. 湖南大学. 2005
[8]. 轧制过程中高性能负荷力矩响应的交流电机控制方法研究[D]. 陈久伟. 北京科技大学. 2018
[9]. 基于DSP的SVPWM矢量控制变频调速系统的研究[D]. 杨勇. 贵州大学. 2006
[10]. 电压输出控制型逆变器按定子磁链定向的矢量控制系统研究[D]. 许宇豪. 西安工程大学. 2015
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