高性能感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)研究.pdf

1、感應(yīng)電機(jī)以其緊湊的結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)了電力傳動(dòng)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，各種高性能的交流調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的研究和應(yīng)用?；谵D(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的感應(yīng)電機(jī)矢量控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)與直流電機(jī)相媲美的動(dòng)態(tài)性能，隨后的感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器控制更增加了系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性和魯棒性。但目前感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)亟待解決，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)和電機(jī)參數(shù)辨識(shí)。
　　擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(Extended State Obs

2、erver，ESO)通過(guò)構(gòu)造擴(kuò)張狀態(tài)以觀測(cè)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈，再結(jié)合模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(Model Reference Adaptive System，MRAS)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的磁鏈與轉(zhuǎn)速的觀測(cè)。自抗擾控制器(ActiveDisturbances Rejection Controller，ADRC)具有補(bǔ)償系統(tǒng)擾動(dòng)和模型不確定性的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型非線(xiàn)性控制器，適用于感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。本文以感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控

3、制技術(shù)為應(yīng)用背景，以轉(zhuǎn)子磁鏈、定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、電機(jī)轉(zhuǎn)速等重要參數(shù)的辨識(shí)方法和魯棒控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題展開(kāi)系統(tǒng)深入研究。
　　ESO是一種有效的感應(yīng)電機(jī)狀態(tài)估計(jì)方法，基于ESO的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器對(duì)轉(zhuǎn)子電阻變化魯棒性強(qiáng)，但其存在兩大不足:(1)對(duì)電機(jī)定子電阻變化的魯棒性差;(2)缺少磁鏈輸出偏差補(bǔ)償機(jī)制。本文針對(duì)ESO轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器進(jìn)行二次狀態(tài)擴(kuò)張，并形成一種閉環(huán)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，提出了一種基于變結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子磁鏈閉環(huán)ESO觀測(cè)器(Closed l

4、oop ESO，CESO)，利用觀測(cè)磁鏈的微分信號(hào)與電流估計(jì)值構(gòu)成辨識(shí)定子電阻的誤差信號(hào)，直接消除了定子電阻降壓產(chǎn)生的積分影響。仿真與實(shí)驗(yàn)研究表明，轉(zhuǎn)子磁鏈閉環(huán)ESO觀測(cè)器對(duì)磁鏈觀測(cè)模型的總擾動(dòng)和輸出均能補(bǔ)償，有效提高了磁鏈觀測(cè)器對(duì)定、轉(zhuǎn)子電阻變化的魯棒性，改善了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)精度。
　　在基于恒磁通控制的感應(yīng)電機(jī)間接矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的變化是造成磁場(chǎng)定向偏差的關(guān)鍵影響因素，而轉(zhuǎn)子電阻變化是引起時(shí)間常數(shù)變化的主要原因。利用

5、無(wú)功功率與電機(jī)參數(shù)弱相關(guān)的特點(diǎn)，提出了一種基于無(wú)功功率參考模型的轉(zhuǎn)子電阻辨識(shí)方法。仿真研究結(jié)果表明，這種新型轉(zhuǎn)子電阻辨識(shí)方法具有算法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高轉(zhuǎn)子磁鏈定向精度，改善了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的動(dòng)靜態(tài)控制性能。
　　電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)技術(shù)是感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速觀測(cè)方法未計(jì)及電機(jī)參數(shù)時(shí)變性而存在不足。本文基于MRAS理論和多參數(shù)并行辨識(shí)技術(shù)，提出了一種雙參數(shù)交互式MRAS速度觀測(cè)器。通過(guò)

6、參考模型與可調(diào)模型互換、構(gòu)造不同自適應(yīng)律，實(shí)現(xiàn)了速度觀測(cè)和定子電阻的聯(lián)合辨識(shí)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:這種交互式轉(zhuǎn)速觀測(cè)方法消除了定子電阻變化的不利影響，獲得了穩(wěn)定的、高精度的速度觀測(cè)，改善了感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)低速時(shí)的動(dòng)靜態(tài)調(diào)速性能。
　　魯棒控制器設(shè)計(jì)是感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的重要研究?jī)?nèi)容之一，傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感，調(diào)速范圍內(nèi)PI參數(shù)自適應(yīng)性差。本文將ADRC技術(shù)應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控

7、制系統(tǒng)，并運(yùn)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法對(duì)ADRC的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種基于擴(kuò)展連續(xù)動(dòng)作強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法(Extended Continuous Action Reinforcement Learning Automata，ECARLA)的ADRC參數(shù)優(yōu)化方法，提高了ADRC參數(shù)優(yōu)化效率，保證參數(shù)全局最優(yōu)。仿真與實(shí)驗(yàn)研究表明:采用ADRC進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)大范圍擾動(dòng)具有較好地補(bǔ)償能力，轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍寬，對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)也有較好抑制能力，動(dòng)態(tài)響