基于无速度传感器的电机矢量控制系统研究

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1、基于无速度传感器的电机矢量控制系统研究TheResearchoftheMotorVectorControlSchemewithoutSpeedSensor学科专业：控制科学与工程研究生：周大钧指导教师：李冬辉教授天津大学电气与自动化工程学院二〇一四年十二月摘要对于交流电机而言由于其结构简单，成本低廉并且能够适应很多恶劣的环境因此其相比于直流电机而言在实际工程中有很大的优势，但是由于其调速特性相比直流电机更加复杂，因此在过去几十年间直流电机基本占据着整个市场。但是随着19世纪70年代矢量控制方法的提出，将原本相互耦合的交流

2、电机物理量实现了解耦，使得交流电机也有了与直流电机可比拟的调速特性，从此交流电机获得了长足发展。同时在实现矢量控制方法的过程中，最核心的问题之一就是需要获得转子的转速信息，但是传统的交流电机都会通过加装速度传感器的方式来直接获得转子转速，这种方法相对获得转速比较直接且简单，但是由于加装了速度传感器之后交流电机结构会变得更加复杂。除此之外，由于交流电机有时还会工作在相对较恶劣的环境下（如高温，低温，高压，强辐射等）这个时候速度传感器这些机械或者电子类仪器的测量精度就会受到很大影响从而影响电机调速特性。在此基础上文章在前人研

3、究的成果上继续研究了去掉速度传感器的方法，采用无速度传感器矢量控制的方法来实现对交流电机的控制。本文分析当前的研究现状与存在的问题，在此基础上详细阐述了矢量控制的原理及实现方法，同时针对去掉速度传感器之后如何进行核心的转速估计的方法进行了介绍，并选用了全阶状态观测器的方法来对转速进行估计，建立了观测器模型并对观测器模型的稳定性进行了数学论证分析。在此基础上在Matlab/Simulink中搭建了无速度传感器矢量控制的模型，对每一部分的实现进行了仿真验证，结果表明采用全阶状态观测器进行速度估计并与矢量控制方法相结合能够很好

4、完成对电机的控制与调速。与此同时针对在当前研究的过程中，针对无速度传感器技术在电机低速的工况下往往速度估计存在误差的问题，文中提出了低频信号注入法的方法来解决低速下转子位置估计存在误差的情况，通过对注入的低频信号进行检测构造了误差函数并通过设计的控制系统最终消除掉误差从而实现在低速情况下对转子位置的准确估计，通过在MatlabSimulink中进行建模并仿真验证了该方法的可行性同时相比原有的控制系统结构更为简单，响应速度更快。关键词：交流电机，矢量控制，无速度传感器，状态观测器，低频信号注入ABSTRACTACmoto

5、rsareinanadvantagedplacecomparingwithDCmotorsonaccountofthemoresimplestructure,thelowerexpenseaswellastheadaptationforseveralextremeenvironmentalconditions.However,becausetheyaremuchmorecomplicatedinspeedregulationthanDCmotors,whichresultsinalmostthewholemarketbe

6、ingtakenplacebytheDCmotors.Unexpectedly,thevectorcontrolschemehasbeenproposedin1970s,whichasaresultdecouplestheparametersoftheACmotors,andthentheyhadthecompetencewithDCmotorsinspeedregulationarea.Afterthat,theACmotorsdevelopedimmensely.Besides,intheprocedureofthe

7、vectorcontrolscheme,oneofthemostcrucialproblemsistherotor’sspeedinformation.IntraditionalACmotors,thespeedsensorsshouldbeestablishedontheminordertoobtaintherotorspeed,whichseemslikeinaverybriefmode.However,thestructureoftheACmotorswillbemorecomplexafteraddingthes

8、peedsensors.Inaddition,sometimestheACmotorsshallworkinsomeextremeconditions.Basedonthisfoundation,thethesiscontinuesthesensor-lessresearch,combiningwiththevect