感应电机转速辩识理论、方法及应用

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1、摘要随着电力电子技术的发展、微处理器运算速度进一步提高以及控制理论的发展，为无速度传感器型交流调速系统的研究及实现提供了物质基础。在过去的20多年罩，许多学者做了很多探索性的工作。本文针对无速度传感器交流调速系统基于电机方程构造电机状态观测器进行速度估计进行了较为全面、深入的研究。论文中既注重现有方案的比较，又从中找出了一种适合于在现有硬件平台条件下实现的方案，目『J模型参考自适应方法。基于这种转速辩识的方法，分别研制出了基于无速度传感器的转差频率控制系统和无速度传感器的矢量控制交流调速系统。为了从理论上充分认识各种速度估计方法的实质及特点，本文基于模块化结构，丌发出

2、了一套无速度传感器交流调速系统仿真程序，它采用感应电机和逆变器的非线性模型，充分考虑了算法的稳定性和精度，尤其是模块化的结构使得程序具有较强的通用性和再丌发能力。在滑模变结构理论和静止坐标系下电机方程的基础上，通过全阶观测器的构成方法构造出了感应电机的滑模变结构观测器。根据所构造出的滑动模面方程及满足滑模控制存在的充要条件，利用该状态观测器可以得到定子电流和转子磁场的观测值。同时根据满足构造出的里亚普诺夫函数的存在性估算转予转速，并在仿真平台上验证了该方法的可行性。扩展卡尔曼滤波用于估计非线性系统的状念，从扩展卡尔曼滤波器法出发，转子转速看成系统中的一个状态量，构造转

3、速扩展卡尔曼滤波器，通过仿真对这种算法进行验证并对其收敛性进行研究，得到有价值的结论。利用波波夫超稳定性理论设计自适应系统的基本思想，设计出基于模型参考自适应的速度估算方法。考虑到转子磁场的电压模型中不含转子转速的信息，冈此将电压模型作为参考模型，而将含有转速的电流模型作为受控对象，文中对这种方法进行了理论仿真。考虑到在实现矢量控制或更加复杂的控制时，一个DSP很难在一一个电流环运算周期内既要完成控制算法又要完成转速的辩识，文中提出并设计出一套基于双DSP的控制方案，其中主DSP主要负责实现控制算法，而从DSP则主要负责转子转速的辩识。因为在转差频率控制下，很容易检验

4、模型参考自适应法的转子转速的识别效果，通过所构成的无速度传感器型转差频率控制的实验，显示出该方案较好的动、静态

5、lI特性。在转差频率控制基础上，本文进行了矢量控制型无速度传感器交流调速系统的研制。通过实际系统实验，表明该方案也具有较好性能。为了提高无速度传感器交流调速系统的低速性能，论文中提出了一些改进算法和下一步的研究重点及方向。通过理论分析、对比仿真以及基于双DSP的实验平台设计和实际实验证明了本文提出的速度辩识方法、基于双DSP的硬件平台实现高性能无速度传感器交流调速系统是可行的，为进一步工程化打下了坚实的基础。关键词：无速度传感器滑动模态扩展卡尔曼滤波模型参考

6、自适应数字信号处理器双口RAM转差频率控制矢量控制死区效应ABSTRACTWiththedevelopmentofpowerelectroniCS．micro—processorandcontroltheory，jtiSpossibleforUStoproduceACvariablespeeddrivewithoutspeedsensors．Inthepast2decades，manyexpertsaroundtheworldmakecontributionsinthiSfield．ThiSpaperpaysmoreattentiontothemotorstateob

7、serverderivedfromthemotorequationwhichiSappliedtoestimatetherotorspeedinthespeedsensorlessACvariablespeeddrives．TheauthorhasstudiedandcomparedseveralmethodswhicharewidelYusedtoidentifytherotorspeed．ThenhechoseMRAS(ModelReferenceAdaptiveSystem)asthebestwaytoimplementinthelaboratory．Byusi

8、ngthiSmeasure，thespeedsensorlesssliPfrequencycontroldriveandspeedsensorlessvectorcontroldrivehavebeenstudied，respectively．ThewholecontentofthiSpaperiSthefollowing．Basedonmodulestructure，asetofsimulationprogramonspeedsensorlessACvariablespeeddriveiSproposed，whichadoptsthenon—lin