感应电机无速度传感器矢量控制系统研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统研究摘要无速度传感器矢量控制技术作为一种新的有前途的研究方向，它能够在省略速度传感器同时保持矢量控制的良好性能，是实现低成本、高性能交流变频调速的有效途径，是高性能变频调速控制系统的发展趋势。本文以工业应用中最为广泛的感应电机作为研究对象，对感应电机的无速度传感器矢量控制系统进行了深入的研究。设计了扩展龙伯格观测器对电机转速进行了估算，为了对控制系统性能进行有效的调节和控制，对系统的控制器进行了设计，并编写了空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulatio

2、n，简称SVPWM）算法程序对逆变器进行控制。首先，基于参考坐标系理论，将感应电机在三相参考坐标系下的参数变换到任意两相旋转参考坐标系上，建立了感应电机在两相静止参考坐标系和两相同步旋转参考坐标系下的控制模型。通过转子磁场定向，最终将原本高阶非线性时变的感应电机系统变成了一个四阶系统，简化了电机的控制模型，消除了互感参数时变的影响。随后，对空间矢量脉宽调制算法进行了研究。对三相电压源逆变器功率电路拓扑结构进行分析，通过直流母线电压和逆变器开关状态建立了三相电压源逆变器的数学模型。分析了逆变器输出基本电压矢量在空间的分布，并基于基本电压合成了期望的

3、参考电压矢量，对各个扇区内两相邻基本电压作用时间进行了计算，并给出了逆变器的开关动作顺序最优设计。接着，对感应电机无速度传感器矢量控制系统进行了设计。基于模块化思想将整个控制系统划分为转速估算模块、控制器模块、SVPWM算法模块、逆变器模块、电机模块以及各种坐标转换模块，并重点对转速估算模块和控制器模块进行了设计。其中转速估计模块采用了扩展龙伯格观测I太原理工大学硕士研究生学位论文器，为了保证观测器在稳定的前提下具有较快的动态响应，选择将观测器的极点配置在与感应电机的极点成一定比例处。基于李雅普洛夫稳定性定理设计了转速自适应律；为了实现对控制系统

4、的有效调节与控制，对感应电机的转速调节器，磁链调节器以及电流调节器进行了设计。为了对整个控制系统的动态性能进行分析，在把握控制系统整体设计的基础上，在MATLAB/Simulink软件平台上建立了系统的各个组成模块的仿真模型并进行了仿真分析，利用程序化的方法编写了SVPWM算法程序，并将其应用到了逆变器的仿真模型中，仿真结果表明了各个组成模块模型的正确性以及SVPWM算法的有效性。最后，建立了整个控制系统的仿真模型，仿真结果表明该控制系统能在一定范围内有效跟踪电机实际输出转速，并且具有良好的动态性能，从而表明本控制系统设计是合理的和有效的。关键词

5、：无速度传感器，扩展龙伯格观测器，转速估计，控制器设计，SVPWMII太原理工大学硕士研究生学位论文SPEEDSENSORLESSVECTORCONTROLSYSTEMOFINDUCTIONMOTORRESEARCHABSTRACTAsanewandpromisingresearchorientation,speed-sensorlessvectorcontroloftechnologycaneliminatespeedsensor,atthesametime,maintaininggoodperformanceofvectorcontrol.I

6、t’saneffectivewayforrealizingACfrequencycontrolwithlowcostandhighperformance,andit’sthemajortrendsinadvancedfrequencyconversioncontrolsystem.Inthispaper,theinductionmotor,whicharemostcommonlyusedinindustrywastakenasaresearchobjective,andadeeplyresearchonspeed-sensorlessvector

7、controlsystemofinductionmotorwasperformed.AnExtendedLuenbergerObserverwasdesignedtoestimaterotorspeedofinductionmotor.Inordertohaveaneffectivecontrolandregulationontheperformanceofcontrolsystem,thesystemcontrollerwasdesigned,andtheSVPWMalgorithmprogramwaswritetocontroltheinve

8、rter.Firstly,basedonthereferenceframetheory,parametersofinductionmot