异步电机的无源性控制器的设计

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1、摘要摘要20世纪70年代初，一场石油危机席卷全球，工业发达国家投入大量人力、财力去研究节能措旌。而在用电系统中．电动机负荷约占发电量的60％～70％，成为用电量最多的电气设备。实践证明，对交流电机进行变频调速控制可以节电20～30％。另外，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，也要求电动机能根据生产机械的工艺要求控制和调节旋转速度。可以说，电动机的调速性能对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，对交流电机调速控制方法的研究具有巨大的经济意义和技术意义。本文以三相交流异步电动机为被控对

2、象，在对其数学模型和运行特性进行详细分析的基础上，选择了无源性控制作为其控制方法，构造了基于无源性控嗣器的三相交流异步电动机的变频调速系统，给出了三相交流异步电动机的无源性控制器一一变频器的具体设计。首先，本文对异步电机的两种数学模型进行了详细的推导论证，它们分别是状态空间模型和Euler-Lagrange模型。这两种模型在本质上是等价的，我们可以根据不同的控制目标和控制方法选择不同的数学模型。其中后者是基于能量观点得到的，所以对于工程人员来说该模型更易于理解。其次，本文对交流异步电动机的控制方法作了综述。对于现

3、有的常规工程方法以及一些先进控制技术，诸如自适应控制、变结构控制、智能控制等进行了论述。既对各种方法进行了有效的分析，也对各种控制方法的优缺点也作了相应的研究。其中，无源性控制算法基于能量的观点，使得工程人员易于理解，是一种全局定义而且全局稳定的控制方法，无奇异点因此适用于低速甚至启动的情况，对未知参数和未建模动态具有很强的鲁棒性，是一种本质上的非线性控制。因此，本文采用了无源性控制方法作为电机控制方法。采用了“无源子系统分解”的方法把异步电机系统分解成电气子系统和机械子系统的反馈互连，使得在控制器的设计中无需构

4、造转子状态观测器。针对未建模动态对控制系统的扰动问题，采用了定子电流积分补偿的方法：针对采用电压型逆变器实现对异步电机的控制的情况，给出了在咖坐标系下的无源性控制律；提出了非线性阻尼的非线性注入方法，使得系统拥有良好的动态性能的同时又能避免放大未建模动态；再次，本文采用了Matlab．Simulink仿真软件对基于无源性控制器的变频调速系统进行仿真验证。仿真结果表明，在多种情况下，基于无源性控制器的异步电机变频调速系统都能很好地对转子速度和转子磁通进行跟踪，具有良好的跟踪性能和鲁棒性。华南理工大学硕士学位论文最后

5、，本文设计了基于无源性控制方法的变频器实验系统。该变频器采用了整流桥与IPM构成主电路；由于DSP具有强大的实时控制能力，因此以TI公司的TMS320F2812作为控制电路的核心。该设计为变频调速实验系统的实现打下了基础。本文的结尾部分，总结了全文的研究工作，提出了今后的具体研究方向。关键词异步电机；建模：无源性控制；仿真；变频器；II——一垒!!塑曼AbstractThereisanoilcrisisalIovertheworldinI970s．SOitcostmanydevelopedcountriesagr

6、eatdealofhumanandfinancialresourcetodoresearchonsavingenergyHowever，60tO70percentofelectricenergyiscostbymotorsinthepowersystem．Andthepracticeindicatesthatitcanbesaved20tO30percentelectricenergyiftheACmotorsaredrivenbyfrequencyconverter．Moreover，asthemainequi

7、pmentwhichconverttheelectricenergytomechanismenergy，motorsarerequiredtOadjustitsspeedaccordingtothetechnicsrequest．Thatistosay，speed—adjustingperformanceofmotorsisveryimportanttoimprovetheproductqualityandproductivityandsaveenergy．Therefore，asfaraseconomyandt

8、echniqueareconcerned，itisnecessarytodoresearchonspeed—controlmethodofACmotors．Athree—phaseinductionmotoriSregardedastheobjecttobecontrolledinthispaper，baseonthedetailedanalysisofitsmathem