交流電機無速度傳感器控制研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 很好地解決；此外，卡爾曼濾波算法的關系式是在對誤差和噪聲都已知的前提下建立起來的，要求在實踐中構造適當的參數。由于以上原因再加上該方法對參數變化的魯棒性并無改進，目前在實用性上還不強。(8)基于人工神經網絡的方法。將電流型的轉子磁鏈觀測器用人工神經網絡代替，然后采取誤差反向傳播算法的自適應規律來估計異步電機的轉速，其中，將異步電機自身的參數作為神經網絡的各個權值。目前這種算法的理論研究并不是很成熟，而且這種算法硬件實現起來也很困難，使得此方法的應用還處在起步階段。到目前為止，用于異步電機轉速估計的理論不少，但是這些理論還不是十分完善，仍然存在很多亟待解決的難題，比如如何提高轉速估計環節對異步電機自身參數變化的魯棒性、異步電機轉速估計的可信度、低速運行范圍內轉速估計模型的可靠性以及用估計出的電機轉速進行反饋所構成的閉環調速系統的穩定性等等。本文選擇了用模型計算法來估計轉速，原因在于這種方法簡單，易于實現。 異步電機按轉子磁鏈定向的轉速估計 將第2章中轉子磁鏈定向方程式（231）、電機的轉矩方程式（233）、方程式（234）分別重寫如下 （31） （32）（33）由式（33）的第1行得到同步角速度（轉子磁鏈的角速度）為（34）由式（33）的第4行得到轉差角速度（轉子磁鏈相對于轉子的角速度）為（35）由，式（34）和（35）相減，可得電動機的轉速估算公式為（36） 本章小結本章首先介紹了轉速估計的方法，本文選擇了簡單、易于實現的數學模型估計方法來估計電機的轉速。根據第2章中的轉子磁鏈定向的數學模型推導出計算轉速的表達式。第4章 無速度傳感器矢量控制系統仿真 第4章 無速度傳感器矢量控制系統仿真 Matlab／Simulink仿真平臺Matlab名字的由來是Matrix和laboratory兩個詞的前幾個字母縮寫組合而成的，它是一種科學計算軟件，在美國和其他發達國家的實驗室及其科學研究機構中得到了非常廣泛的應用。20世紀60年代后期，美國新墨西哥大學計算機科學系教授為學生設計了一套調用庫程序的方便計算的接口，這個就是用F語言編寫的最原始的Matlab，隨后Matlab由美國的Mathworks公司于1984年正式推出市場。隨著版本的不斷升級，內容的不段擴大，功能的更加全面。特別是在系統仿真和實時圖形處理方面，功能豐富的工具箱吸引了不同領域、不同方向的研究者，使他們成為Matlab的忠實擁護者和使用者。到如今，Matlab的工具箱大致可分為兩類：領域型工具箱和功能型工具箱。領域型工具箱是專業性很強的工具，主要應用于科學計算控制領域，如控制領域工具箱(Control Toolbox)、信號處理領域工具箱(Signal Processing Toolbox)等。Simulink是Matlab其中的一個最重要的組件，它提供了一個器件級別的建模與動態仿真的工作平臺，同時它還提供了一個系統建模、仿真和分析的環境。在該環境中，無需大量語言代碼，只需通過直觀方便操作，便可模擬出復雜的系統。Simulink可以用離散、連續采樣時間或混合采樣時間對連續或離散、線性或非線性或者混合系統進行分析建模仿真，可以用來模擬仿真實際應用中大部分可能遇到的系統。另外，Simulink還提供一套圖形分析的環境，使用者可以方便地觀察到從建模到仿真的整個過程[23~24]。 無速度傳感器矢量控制仿真實驗根據無速度傳感器矢量控制系統原理，基于MATLAB/SIMULINK平臺，搭建了帶轉速電流雙閉環和磁鏈閉環的無速度傳感器矢量控制系統仿真模型。仿真軟件為matlabR2014a版本，仿真結果證明了此方法的可行性和正確性。異步電機無速度傳感器矢量控制系統仿真中的電機模型參數：額定功率；額定相電壓；額定電流；額定轉速；極對數；定子電阻；互感；定子電感；轉子電感；轉子電阻 ；轉動慣量。 電流轉速雙閉環模型仿真：圖41 電流轉速雙閉環仿真模型當分別給定角速度為500，1000和1500時，仿真波形分別如圖42，43，44所示；圖42給定角速度為500時的仿真波形給定轉速為500 rad/s時，從圖中可以看出電機在啟動時有一定的超調，在6s鐘后電機轉速趨于平穩(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度speed，單位rad/s)。圖43 給定角速度為1000時的仿真波形給定轉速為1000 rad/s時，從圖中可以看出電機在啟動時有一定的超調，在6s鐘后電機轉速趨于平穩(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度speed，單位rad/s)。圖44 給定角速度為1500時的仿真波形給定轉速為1500 rad/s時，從圖中可以看出電機在啟動時有一定的超調，在6s鐘后電機轉速趨于平穩(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度speed，單位rad/s)。 磁鏈環模型仿真。圖45 磁鏈環仿真模型當分別給定磁通為60，100時，磁鏈環仿真波形分別如圖46，47所示。圖46 給定磁通為60時的磁鏈仿真波形圖47 給定磁通為100時的磁鏈仿真波形給定磁通分別為60,100時，從圖46，(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度magnetic flux，單位Wb)。 整個無速度傳感器矢量控制系統模型仿真。圖48 整個無速度傳感器矢量控制系統模型仿真模型給定速度分別為0，500，1000，1500時，電機的估計轉速和電機的實際轉速仿真波形圖分別如圖49~416所示。圖49 給定速度為0時電機的估計轉速仿真波形圖 圖410 給定速度為0時電機的實際轉速仿真波形圖圖411 給定速度為500時電機的估計轉速仿真波形圖圖412 給定速度為500時電機的實際轉速仿真波形圖圖413 給定速度為1000時電機的估計轉速仿真波形圖圖414 給定速度為1000時電機的實際轉速仿真波形圖圖415 給定速度為1500時電機的估計轉速仿真波形圖 圖416 給定速度為1500時電機的實際轉速仿真波形圖由以上圖49~416的仿真結果可以看出：速度推算環節具有較好的跟隨性，系統在動態過程中，推算速度能夠很好地跟隨實際速度變化；在穩態時推算速度值基本和實際速度值一致，仿真結果證明了該控制系統具有較好的動、靜態性能。給定磁通為60和100時，磁鏈環環節的仿真波形圖如圖417和418所示(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度magnetic flux，單位Wb)。圖417 給定磁通為60時，磁鏈的仿真波形圖圖418 給定磁通和100時，磁鏈的仿真波形圖由圖41418可知，電機磁通趨于平穩，系統對給定值具有良好的動、靜態性能。 仿真結果分析 從仿真結果可以得到以下結論：（1） 系統在全速度范圍內是漸近穩定的。（2） 系統對給定值具有良好的動、靜態跟蹤能力。（3） 在矢量控制器的作用下，控制系統的各個組成部分可以協調并聯運行。 本章小結本章首先對仿真平臺進行了介紹，然后建立了無速度傳感器矢量控制系統的各部分仿真模塊，最后將各模塊聯合起來搭建了一個完整的無速度傳感器矢量控制系統仿真模型。通過對轉速波形和磁鏈波形的分析得出本控制系統具有良好的靜態和動態性能。結論本論文就異步電動機無速度傳感器矢量控制這一熱點技術展開研究。第1章闡述了交流調速系統的國內外發展狀況和優勢，分析了交流調速系統的控制策略，歸納并比較了各種控制策略的優缺點。第2章探討了矢量控制理論，在建立異步電動機數學模型的基礎上，應用坐標變換將三相系統等效為兩相系統，再經過按轉子磁場定向的同步旋轉變換實現了定子電流勵磁分量與轉矩分量之間的解耦，從而達到對交流電動機的磁鏈和轉矩電流的分別控制，將一臺三相異步電動機等效為直流電動機。調節器則采用PI調節器，用工程設計方法來設計各個環節的參數，對電機轉速進行控制。第3章首先介紹了轉速估計的方法，分析并比較了各種方法的優缺點。由第2章中異步電機的轉子磁鏈定向的數學模型推導出計算轉速的表達式。第4章對參數進行調節，并根據控制策略，在MATLAB/SIMUKINK中對整個無速度傳感器矢量控制系統進行了仿真，分析仿真結果證明了此方法的可行性和正確性。從仿真結果可以得到以下結論： (l) 系統在全速度范圍內是漸近穩定的。(2) 系統對給定值具有良好的動、靜態跟蹤能力 。(3) 在矢量控制器的作用下，控制系統的各個組成部分可以協調并聯運行。參考文獻 參考文獻 參考文獻[1] 馮垛生，無速度傳感器矢量控制原理與實踐，北京機械工業出版社，1998.[2] , and . Robust speed sensorless induction motor drive. IEEE Trans. Ind. Electronics, 1999, 35(2):566578[3] , and . Consideration about problems and solutions of speed estimation method and parameter tuning for speedsensorless vector control of induction motor drives. IEEE Trans. Ind. Applications, 2002,38(5):12821289[4] 李永東，李明才，感應電機高性能無速度傳感器控制系統回顧現狀與展望，電氣傳動，2004(1)； 410[5] 石麗梅，郭慶鼎，孫宜標，交流永磁直線伺服電機新型無傳感器控制，沈陽工業大學學報，1997.[6] 郭慶鼎, 王成元， 交流伺服系統. 北京: 機械工業出版社, 1994.[7] 張云祥，許錦興，無速度傳感器的感應電動機矢量變換控制華中理工大學，1994.[8] 王長江等，無速度傳感器感應電動機矢量控制系統的設計,電氣傳動，1996.[9] 竺偉，陳伯時。基于串聯雙模型觀測器的異步電機無速度傳感器矢量控制系統，電氣傳動，1997.[10] 劉豹，唐萬生，現代控制理論，第3版，機械工業出版社，2006.[11] 姬志艷，應用異步電機全階模型的無速度傳感器直接轉矩控制系統的仿真研究，電氣自動化，1997年，第3期.[12] 陳伯時，陳敏遜，交流調速系統，機械工業出版社，1998.[13] 周淵深，交直流調速系統與MATLAB仿真，中國電力出版社，2007.[14] 周元鈞，孫靜。電力傳動與自動控制系統。機械工業出版社，2014.[15] 陳伯時，電力拖動自動控制系統運動控制系統，第3版，機械工業出版社，2014.[16] 張菁，無速度傳感器異步電機矢量控制系統的研究，武漢理工大學，2013.[17] 李蘭蘭，異步電機無速度傳感器矢量控制系統的研究，武漢科技大學，2011.[18] 王愛祥，交流電機無速度傳感器矢量控制系統的研究，南京理工大學，2003.[19] , 鄭州鐵路職業技術學院學報，2012，24（4）：2530.[20] Lazhar Ben 一Brahim. A Fully Digitized FieldOriented Controlled Induction Motor Drive Using only Current Sensors. IEEE Trans. ,(3).[21] Manfred Schroede. Sensorless Control of Induction Motors at Low Speed and Standstill. ,863[22] Shauder C. Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors without Rotational Transducers. IEEE Trans. IA 1992(5),128[23] Yang Geng，Chin TungHai．Adaptive speed Identification Scheme for a Vector controlled Speed Sensorless Inverter induction Motor Drive[J 1．IEEE Transactionson IndustryApplications，1993，29(4)：820—825．[24] 薛定宇，陳陽泉．基于MATLAB／SIMUUNK的系統仿真技術與應用【M】．清華大學出版社，2002：6—7．致謝 致謝非常感謝吳忠強教授在我大學的最后學習階段——畢業設計階段給自己的指導，從最初的定題，到資料收集，到撰寫、修改，到論文定稿，老師給了我耐心的指導和悉心的幫助。同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，教會了我專業知識、如何學習和待人，我才能在各方面越來越成熟，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養出越來越多優秀的人才，桃李滿天下！學院及指導老師給我安排了《交流電機無速度傳感器控制研究》這個畢業設計題目，符合了時代技術特點，而且具有良好的研究意義。學院給我們安排了嚴格的畢業設計完成時間表，分別為開題答辯、中期答辯及畢業總答辯3次完成，每個階段進行畢業設計內容和進度評定，督促了我們認真做好畢業設計。通過這整個