无速度传感器直接转矩控制策略的研究

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1、摘要交流调速正逐步取代直流调速，在电气传动领域占据主导地位。无速度传感器直接转矩控制技术能够提高交流传动系统的简便性、廉价性和可靠性，得到了很大的发展。本文应用先进控制理论，对无速度传感器直接转矩控制策略进行了深入研究，主要研究工作有：在建立两相静止邮坐标系下的以定子电流和转子磁链为状态变量的感应电机模型的基础上，构建了直接转矩控制系统的仿真模型；详细讨论了直接转矩控制的低速性能、定子电阻变化、磁链观测中初始误差和直流偏移对系统性能的影响。定子磁链的准确观测对电压空间矢量的选择和转矩的观测结果影响

2、很大，是高性能直接转矩控制的重要环节。针对传统直接转矩控制中定子磁链的开环计算方法、U-I积分器的改进方法和定子磁链观测器方法的局限性，提出了一种基于模糊截止频率可调的改进型积分器定子磁链观测器。该观测器采用模糊自适应滤波器，根据感应电机的运行状态实时在线地调整低通滤波器的截止频率，有效抑制了初始误差和直流偏移误差，提高了定子磁链的计算精度。自适应速度观测器是无速度传感器技术中最常用的方法，速度观测器的性能取决于其自身的增益矩阵G和速度自适应律的选择。目前绝大多数自适应速度观测器方案都是采用极点配

3、置的方法来确定增益矩阵G。通过对基于极点配置的自适应观测器存在不稳定区域问题的深入研究，认为对感应电机这种高阶、多变量、强耦合的非线性对象采用极点配置的方法来确定增益矩阵G将可能导致系统的不稳定。另一方面，由于准确的转子磁链实际值的获取较为困难，现有的速度自适应律选取方案中通常忽略了转子磁链的偏差项。但对电机运行于低速发电工况的研究表明，此时转子磁链的偏差比定子电流的偏差大很多，不能忽略，否则会影响观测器的快速性和稳定性。本文提出了一种能在全速范围稳定工作的自适应速度观测器。一方面，依据Lyapu

4、nov稳定性理论进行观测器的矩阵增益G的选取。在定义Lyapunov函数时，通过引入待定矩阵P将Lyapunov不等式转化为关于G和P的双线性矩阵不等式，利用MatlabLMI工具箱并采用迭代算法求解得到使观测器稳定的增益矩阵G和矩阵P。另一方面，通过采用基于模糊截止频率可调的改进型积分器定子磁链观测器获得的定子磁链值，计算得到了较为逼近实际值的转子磁链，实现了在速度自适应律中可同时包含电流偏差项和转子磁链偏差项。由于正确选择了增益矩阵G和速度自适应律，从而确保自适应速度观测器的Lyapunov不

5、等式在全速范围内都成立，克服了传统观测器存在不稳定区域和速度辨识不准确的缺点。在感应电机的运行过程中定子的电阻值会随着温度的变化而变化，如果直接转矩控制系统中采用的定子电阻值与实际值不匹配，将会产生较大的定子磁链和转速估计误差，甚至会导致系统不稳定。因此需要对定子电阻进行在线辨识。本文在分析直接转矩控制中基于极点配置的定子电阻辨识方法存在的局限性的基础上，提出了一种严格保证Lyaponov不等式成立的条件下的定子电阻的辨识律，并加入到基于LMI的自适应速度观测器中实现定子电阻的在线辨识，提高了磁链

6、和转速辨识的精度，改善了系统的性能。在Matlab6．5／Simulink环境下，采用空间矢量调制技术取代传统直接转矩控制的开关表方案改善低速性能，引入模糊自适应PI速度调节器取代PI速度调节器提高系统的快速性和鲁棒性，建立了无速度传感器感应电机直接转矩控制的仿真平台，对论文中提出的策略和方案进行了仿真实现，仿真结果证明论文提出的无速度传感器直接转矩控制策略能实现调速系统全速范围稳定。关键词：直接转矩控制，无速度传感器，自适应速度观测器，定子磁链，定子电阻辩识，感应电机ABSTRACTReplac

7、ingtheDCspeedadjustment,theACspeedadjustmenthasbecomethemainmethodinthefieldsofelectricaldrives．Thespeedsensorlessdirecttorquecontrol(DTC)techniquehasasignificantdevelopmentinitsabilitytoimprovetheavailability,cost，andreliabilityoftheACdrivesystem．Usi

8、ngadvancedcontroltheory，thestrategiesofthespeedsensorlessDTCalestudiedindepthinthedissertation．Themainresearchworksare鹤follows：AnACmotormodelinthe2-phasestatic邮referencefi'anleisestablished,takingstatorcurrentandrotorfluxasthes1：atevariables．B