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題目：基於自抗擾控制器的異步電機矢量控制系統研究
矢量控制技術已被廣泛地應用於高性能異步機調速系統中。然而,由於在實時控制中存在嚴重的外部干擾、參數變化和非線性不確定因素。基於精確電機參數的準確解耦很難實現,並且磁通和轉矩的動態性能也受到嚴重的影響。爲了實現高性能異步電機調速系統,本文提出了把自抗擾控制融合到矢量控制中的'策略,設計了基於自抗擾的閉環控制器、轉子磁鏈觀測器和轉速辨識三部分組成。
轉速環和電流環控制器直接影響矢量控制系統的動態性能。在保持控制性能的前提下,本文應用自抗擾控制ADRC理論,處理轉速與電流方程中的未知外擾和模型耦合項,並設計了相應的控制器。該控制器設計爲一階結構,簡化了模型結構,降低了計算量,大大提高了ADRC的實用性。轉子磁鏈觀測是矢量控制的關鍵,爲了消除轉子電阻攝動對磁鏈觀測的影響。本文提出了一種基於模型補償擴張狀態觀測器(ESO)的轉子磁鏈觀測器,將轉子電阻攝動視爲系統的模型擾動,採用ESO加以觀測和補償,大大提高了觀測器的觀測精度。
另外,本文提出了基於ESO的轉速辨識算法,利用自抗擾控制系統的已有結構,從ESO的未知模型觀測結果中提取轉速資訊,實現了無速度傳感器矢量控制。仿真結果表明,相對於經典PID控制器,自抗擾控制器在較寬的調速範圍內具有更好的動態性能以及對負載擾動、電機參數變化都具有更好的魯棒性。
中文摘要8-9
英文摘要9-11
第一章 緒論11-20
1.1 交流變頻調速的戰略意義11
1.2 交流變頻調速的發展和現狀11-14
1.2.1 新型電力電子器件12
1.2.2 PWM控制技術12
1.2.3 數字控制系統12-13
1.2.4 計算機仿真技術13
1.2.5 無速度傳感器技術13-14
1.3 交流變頻調速控制策略14-16
1.3.1 恆壓頻比控制14
1.3.2 滑差頻率控制14
1.3.3 矢量控制14-15
1.3.4 直接轉矩控制15
1.3.5 非線性控制15-16
1.4 異步電機矢量控制系統的高性能控制方法16-18
1.4.1 控制方法總體研究16-17
1.4.2 本文擬採用的控制方法17-18
1.5 本文研究的主要內容18-20
第二章 異步電機變頻調速系統理論20-36
2.1 矢量控制的基本原理20-22
2.1.1 矢量座標變換座標系20-21
2.1.2 座標變換關係21-22
2.2 異步電動機的數學模型22-27
2.2.1 異步電動機在A-B-C靜止座標系下的數學模型22-24
2.2.2 異步電動機在α-β靜止座標系下的數學模型24-25
2.2.3 異步電動機在d-q旋轉座標系下的數學模型25-27
2.3 基於轉子磁場定向的異步電機矢量控制系統27-30
2.4 空間電壓脈寬調製(SVPWM)技術的基本原理30-33
2.4.1 基本電壓控制矢量31-32
2.4.2 磁鏈軌跡的控制32
2.4.3 T_0和T_7計算32
2.4.4 扇區號的確定32-33
2.5 無速度傳感器矢量控制33-34
2.5.1 無速度傳感技術的發展現狀33-34
2.5.2 無速度傳感技術中需解決的問題34
2.6 本章小節34-36
第三章 自抗擾控制基本原理及控制器設計36-48
3.1 引言36
3.2 自抗擾控制器的發展36-38
3.2.1 傳統的PID控制及優缺點36-37
3.2.2 自抗擾控制器的發展歷程37-38
3.3 自抗擾控制器的數學模型38-43
3.3.1 跟蹤微分器39-41
3.3.2 擴張狀態觀測器41-42
3.3.3 非線性狀態誤差反饋控制律42-43
3.4 自抗擾控制器的設計43-46
3.4.1 轉速環控制器43-44
3.4.2 電流環控制器44-45