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三电平交流变频调速矢量控制若干问题的研究

作　者: 蔡准
导　师: 何礼高
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 变频调速无速度传感器矢量控制三电平逆变器电压空间矢量调制(SVPWM) 全阶状态观测器转子电阻在线辨识自适应递推最小二乘法
分类号: TM921.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文研究了三电平交流变频调速矢量控制系统，从电动机统一控制理论出发，分析了交流电机控制的理论基础，通过建立三相感应电机数学模型，由坐标变换技术，推导出按转子磁链定向的两相旋转坐标系下转子磁链和电磁转矩的解耦控制。多电平技术近些年来在高压大功率场合得到广泛应用。本文对二极管箝位型三电平逆变器展开了研究，详细分析其工作原理并建立数学模型。研究了三电平SVPWM算法的相关问题。中点电位不平衡是三电平变换器的固有问题，对中点电位不平衡的原因及可能产生的影响进行了分析。最后设计了模糊中点电位平衡控制策略，该策略具有较好的适应性和鲁棒性，达到中点电位平衡效果。无速度传感器矢量控制闭环调速系统中，速度是很重要的变量。本文研究了基于开环数学模型速度估计，基于转子磁链和基于反电动势模型参考自适应方法。最后重点研究了基于自适应全阶状态观测器方法，并建立了基于全阶状态观测器的三电平无速度传感器矢量控制系统MATLAB/SIMULINK仿真模型。电机运行过程中参数的变化，特别是转子电阻的变化对速度观测甚至对整个矢量控制系统的运行带来很大影响。一般无速度矢量控制系统中转子转速和转子电阻不能同时辨识，本文基于全阶状态观测器无速度矢量控制系统，提出了改进型电压模型磁链观测器结合自适应遗忘因子递推最小二乘法在动态过程中实现对转速和转子电阻同时辨识的方法，同时为了适应电机运行在稳态时的转子电阻辨识，尝试用注入单次频率谐波的方法，结合动态辨识策略实现了对转子电阻真实值的跟踪。论文最后通过搭建基于TI公司的TMS320F28335三电平实验样机平台，对以上理论进行了系统的实验验证，并介绍了500kW三电平逆变器系统硬件结构设计和软件实现方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-15
第一章绪论  15-22
  1.1 引言  15
  1.2 交流变频调速技术回顾及发展趋势  15-17
  1.3 多电平拓扑结构及脉宽调制技术  17-19
    1.3.1 三电平逆变器拓扑结构  17-19
    1.3.2 多电平 PWM 调制技术  19
  1.4 无速度传感器技术研究现状及发展  19-21
  1.5 本文主要研究内容及安排  21-22
第二章高性能变频调速原理  22-32
  2.1 电动机的统一控制理论  22-24
    2.1.1 电动机的转矩控制  22-23
    2.1.2 统一的电动机转矩公式  23-24
  2.2 交流电动机的调速控制  24-26
    2.2.1 标量控制系统  24-25
    2.2.2 矢量控制系统  25-26
  2.3 空间矢量  26-27
  2.4 坐标系及矢量的坐标变换  27-29
    2.4.1 交流电动机的坐标系  27-28
    2.4.2 矢量的坐标变换  28-29
  2.5 三相异步电动机的数学模型  29-31
    2.5.1 三相静止坐标系下的矢量方程  29-30
    2.5.2 两相静止坐标系下的矢量方程  30
    2.5.3 任意同步旋转坐标系下的矢量方程  30-31
    2.5.4 转子磁场定向 MT 轴系矢量方程  31
  2.6 本章小结  31-32
第三章基于三电平逆变器的感应电机矢量控制系统建模  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 三电平 SVPWM 调制策略  32-36
    3.2.1 三电平逆变器空间电压矢量的合成  32-34
    3.2.2 开关矢量的作用时间  34-35
    3.2.3 开关矢量的扇区判断及优化选择  35-36
    3.2.4 开关矢量的作用顺序  36
  3.3 二极管箝位型三电平逆变器中点电位平衡  36-39
    3.3.1 开关矢量对中点电位的影响  36-38
    3.3.2 中点电位平衡的控制策略  38-39
  3.4 三电平逆变器——三相感应电机矢量控制系统  39-45
    3.4.1 三电平逆变器供电的三相感应电动机系统  39-40
    3.4.2 三电平中点电位平衡控制  40-42
    3.4.3 三电平逆变器的三相感应电机矢量控制系统  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章三相感应电动机的无速度传感器转速估计  46-60
  4.1 引言  46
  4.2 基于感应电动机数学模型的开环速度估计  46-47
    4.2.1 两相静止坐标系下速度估计  46
    4.2.2 两相旋转坐标系下速度估计  46-47
  4.3 基于模型参考自适应的速度估计  47-55
    4.3.1 基于转子磁链模型参考自适应系统  48-51
    4.3.2 基于反电动势模型参考自适应系统  51-52
    4.3.3 自适应全阶状态观测器  52-55
  4.4 仿真及实验结果分析  55-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章无速度传感器系统下的转子电阻在线辨识  60-71
  5.1 引言  60
  5.2 转子电阻对矢量控制系统的影响分析  60-61
  5.3 基于最小二乘法的转子电阻的在线辨识策略  61-66
    5.3.1 转子电阻在线辨识策略  61-62
    5.3.2 积分改进型转子磁链观测器  62-63
    5.3.3 最小二乘参数估计法  63-65
    5.3.4 基于最小递推二乘算法的转子电阻在线辨识策略  65-66
  5.4 仿真及实验结果分析  66-70
  5.5 本章小结  70-71
第六章三电平逆变器无速度传感器控制系统的设计与实现  71-82
  6.1 引言  71
  6.2 系统整体结构设计  71
  6.3 系统的硬件设计  71-74
    6.3.1 主功率电路设计  72-74
    6.3.2 驱动电路设计  74
  6.4 系统软件设计  74-77
    6.4.1 系统软件流程图  75-76
    6.4.2 控制系统离散化  76-77
  6.5 软硬件系统联调  77-81
    6.5.1 开环实验及结果  77-79
    6.5.2 无速度传感器闭环实验及结果  79-81
  6.6 本章小结  81-82
第七章总结和展望  82-84
  7.1 本文完成的主要工作  82
  7.2 后续工作展望  82-84
参考文献  84-89
致谢  89-90
硕士期间发表论文及参与的科研项目与成果  90-91
附录  91

三电平交流变频调速矢量控制若干问题的研究

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