复杂工况下感应电机多约束高速运行技术研究

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1、硕士学位论文复杂工况下感应电机多约束高速运行技术研究RESEARCHONSTRATEGYFORMULTI-CONSTRAINEDHIGH-SPEEDFLUX-WEAKENINGCONTROLOFINDUCTIONMOTORUNDERHARSHCONDITIONS董震哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文复杂工况下感应电机多约束高速运行技术研究硕士研究生：董震导师：于泳教授申请学位：工程硕士学科：电力电子与电力传动所在

2、单位：电气工程系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSTRATEGYFORMULTI-CONSTRAINEDHIGH-SPEEDFLUX-WEAKENINGCONTROLOFINDUCTIONMOTORUNDERHARSHCONDITIONSCandidate：ZhenDongSupervisor：Prof.YongYu

3、AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要高精密工业场合对数控机床的生产工艺和效率提出了严苛的要

4、求，其技术核心是数控机床主轴驱动的“高速及超高速化”。感应电机具有结构成熟、调速范围宽、可靠性高、过载能力强等优点，已广泛应用于数控机床驱动系统中。但高档数控机床的多复杂工况应用要求、高速控制系统内部多约束条件以及感应电机本身的多变量、非线性、强耦合特性，导致高速控制技术依然存在诸多技术难点。本文在探讨感应电机高速运行多重约束(最大电压、最大电流、最大转差)的基础上，着眼于系统动态响应提升、极限转矩拓展以及超高速稳定运行三项关键技术，实现复杂苛刻工况(高速四象限运行，带载高速阶跃启停，极限带载等)下大转

5、矩高动态宽调速范围的稳定运行。首先，探讨多约束下感应电机高速运行的电流调节与分配问题。作为保证系统高速运行能力的两大基本要素，电流调节要求设计的调节器结构需要综合考虑解耦、反电动势补偿、抗积分饱和、离散化精度、延时补偿等多方面因素；电流分配需要基于实现最大转矩的电压电流矢量轨迹进行电压闭环的弱磁控制策略设计，本文分析、整合并总结上述要点，完成了满足要求的优化PI型电流调节器设计和弱磁控制器设计与仿真验证。其次，针对Windup现象引发的高速弱磁系统动态问题，将系统抽象为“多重Windup嵌套”模型，深入

6、分析了系统内部弱磁控制器电压给定、电流调节器Anti-windup限幅以及SVPWM约束电压三者边界的非一致问题，提出一致性设计准则。接着，对系统阶跃加速至弱磁区过程中，Windup导致的过渡段电流波动及无法有效跟随问题，首次给出过程分析，总结本质原因，提出一种自锁限幅结构，通过电压矢量的直接控制对电压裕量的重新分配，实验结果表明，算法有效缓解了上述的动态问题。再次，通过电压拓展区运行的方式实现极限转矩的拓展，同时兼顾转矩质量。由于尚未有文献对电压提升与转矩拓展间的关系进行明确分析，提出一种电压拓展区最

7、大转矩通用定量分析法，明晰电压拓展、转矩提升、转矩波动三者关系。进一步对两类特定工况下的转矩及其动态表现进行分析：高速阶跃刹车下的直流母线电压过压和高速下的负载突变。基于上述分析，提出一种运行点选择弱磁控制器结构。控制器可在实现极限转矩拓展的同时权衡转矩波动的抑制，同时具有良好鲁棒性和直流母线过压抗扰性。实验验证并对比了其相较于已有控制器的优越性。最后，为了拓宽弱磁系统的转速范围至超高速区，对感应电机的深度弱磁-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文区控制算法进行研究。对比了已有电压电流控制方法的差异，并证

8、明其等价性。推导计及定子电阻的深度弱磁区理论最大转矩点以进一步挖掘其有限的转矩输出能力。首次将电流调节器解耦通道与弱磁控制结合考虑，提出一种单电流解耦通路闭环调节器结构。在实现闭环控制的同时，省却了额外了PI控制器和参数调试过程。仿真和实验完成了相关验证工作。进一步地，将算法移植至24000rpm的高速主轴伺服感应电机平台，并与目前国际领先的TDE公司的OPDE-V032A系列变频器高速驱动算法对比测试，验证了算法的通用性以及良好的高速阶跃