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题目：基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制系统研究
矢量控制技术已被广泛地应用于高性能异步机调速系统中。然而,由于在实时控制中存在严重的外部干扰、参数变化和非线性不确定因素。基于精确电机参数的准确解耦很难实现,并且磁通和转矩的动态性能也受到严重的影响。为了实现高性能异步电机调速系统,本文提出了把自抗扰控制融合到矢量控制中的'策略,设计了基于自抗扰的闭环控制器、转子磁链观测器和转速辨识三部分组成。
转速环和电流环控制器直接影响矢量控制系统的动态性能。在保持控制性能的前提下,本文应用自抗扰控制ADRC理论,处理转速与电流方程中的未知外扰和模型耦合项,并设计了相应的控制器。该控制器设计为一阶结构,简化了模型结构,降低了计算量,大大提高了ADRC的实用性。转子磁链观测是矢量控制的关键,为了消除转子电阻摄动对磁链观测的影响。本文提出了一种基于模型补偿扩张状态观测器(ESO)的转子磁链观测器,将转子电阻摄动视为系统的模型扰动,采用ESO加以观测和补偿,大大提高了观测器的观测精度。
另外,本文提出了基于ESO的转速辨识算法,利用自抗扰控制系统的已有结构,从ESO的未知模型观测结果中提取转速信息,实现了无速度传感器矢量控制。仿真结果表明,相对于经典PID控制器,自抗扰控制器在较宽的调速范围内具有更好的动态性能以及对负载扰动、电机参数变化都具有更好的鲁棒性。
中文摘要8-9
英文摘要9-11
第一章 绪论11-20
1.1 交流变频调速的战略意义11
1.2 交流变频调速的发展和现状11-14
1.2.1 新型电力电子器件12
1.2.2 PWM控制技术12
1.2.3 数字控制系统12-13
1.2.4 计算机仿真技术13
1.2.5 无速度传感器技术13-14
1.3 交流变频调速控制策略14-16
1.3.1 恒压频比控制14
1.3.2 滑差频率控制14
1.3.3 矢量控制14-15
1.3.4 直接转矩控制15
1.3.5 非线性控制15-16
1.4 异步电机矢量控制系统的高性能控制方法16-18
1.4.1 控制方法总体研究16-17
1.4.2 本文拟采用的控制方法17-18
1.5 本文研究的主要内容18-20
第二章 异步电机变频调速系统理论20-36
2.1 矢量控制的基本原理20-22
2.1.1 矢量坐标变换坐标系20-21
2.1.2 坐标变换关系21-22
2.2 异步电动机的数学模型22-27
2.2.1 异步电动机在A-B-C静止坐标系下的数学模型22-24
2.2.2 异步电动机在α-β静止坐标系下的数学模型24-25
2.2.3 异步电动机在d-q旋转坐标系下的数学模型25-27
2.3 基于转子磁场定向的异步电机矢量控制系统27-30
2.4 空间电压脉宽调制(SVPWM)技术的基本原理30-33
2.4.1 基本电压控制矢量31-32
2.4.2 磁链轨迹的控制32
2.4.3 T_0和T_7计算32
2.4.4 扇区号的确定32-33
2.5 无速度传感器矢量控制33-34
2.5.1 无速度传感技术的发展现状33-34
2.5.2 无速度传感技术中需解决的问题34
2.6 本章小节34-36
第三章 自抗扰控制基本原理及控制器设计36-48
3.1 引言36
3.2 自抗扰控制器的发展36-38
3.2.1 传统的PID控制及优缺点36-37
3.2.2 自抗扰控制器的发展历程37-38
3.3 自抗扰控制器的数学模型38-43
3.3.1 跟踪微分器39-41
3.3.2 扩张状态观测器41-42
3.3.3 非线性状态误差反馈控制律42-43
3.4 自抗扰控制器的设计43-46
3.4.1 转速环控制器43-44
3.4.2 电流环控制器44-45
