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基于Popov超稳定性的矿用局部通风机矢量控制系统的研究

作　者: 杜书杰
导　师: 马宪民
学　校: 西安科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 矿用局部通风机模型参考自适应系统超稳定性理论矢量控制无速度传感器
分类号: TD441
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

局部通风机是煤矿井下掘进过程的主要设备,其性能直接影响着瓦斯的安全排放,随着电力电子技术的发展和对安全节能的日益重视,矿用通风机正向节能化、高效化和低噪声化方向发展。本文对目前矿用局部通风机的控制方式进行初步探讨,为了满足瓦斯智能排放系统的技术要求,需要对局部通风机进行变频调速控制,鉴于煤矿井下的工作环境和交流电机的鲁棒性,提出了对局部通风机的控制方式采用无速度传感器矢量控制方法。本文首先介绍了异步电机的调速方法以及矢量控制的原理,分别阐述了异步电机的数学模型、坐标变换和异步电机的可控可观性等。对用于异步电机调速的矢量控制方法进行分析比较,分析了转子磁场定向的原理及转子磁场定向下异步电机的矢量控制方法。研究了模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论,运用基于超稳定性理论的模型参考自适应系统设计了无速度传感器矢量控制系统转速辨识的自适应律。其次,研究了无速度传感器矢量控制系统的两个主要问题:磁链观测和转速估算。磁链观测器采用转子磁链电流模型,电流模型不含纯积分项,避免了积分误差和漂移问题,其观测值是渐进收敛的,低速观测性强。转速估算采用基于超稳定性理论的模型参考自适应方法,它具有比较高的观测精度,估算速度和实际速度误差小,响应快。最后,建立了基于模型参考自适应系统的无速度传感器矢量控制系统的仿真模型,并对系统的软、硬件进行了设计。在Matlab/Simulink环境下对该系统进行了仿真实验,系统的仿真实验结果表明,基于模型参考自适应系统的无速度传感器矢量控制系统具有较好的静态和动态性能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题的背景及研究意义  9-10
  1.2 矿用局部通风机的发展状况  10-12
  1.3 现代交流电动机控制技术的发展概述  12-15
    1.3.1 控制理论  12-13
    1.3.2 控制芯片  13-14
    1.3.3 电力电子器件  14-15
    1.3.4 计算机仿真  15
  1.4 无速度传感器矢量控制的国内外研究状况  15-18
    1.4.1 模型参考自适应法  16-17
    1.4.2 基于 PI 自适应控制器法  17-18
    1.4.3 基于人工神经网络的方法  18
  1.5 论文的主要工作  18-19
2 异步电机的数学模型和坐标变换  19-27
  2.1 异步电机的基本方程式  19-20
  2.2 坐标变换  20-24
    2.2.1 坐标变换的原理  21-22
    2.2.2 三相到两相的静止坐标变换  22-23
    2.2.3 两相静止到两相旋转的坐标变换  23-24
  2.3 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型  24-25
  2.4 异步电机在两相旋转坐标系上的数学模型  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 转子磁场定向矢量控制  27-37
  3.1 矢量控制的基本思想  27-28
  3.2 磁场定向原理  28-29
    3.2.1 转子磁场定向矢量控制原理  28
    3.2.2 定子磁场定向矢量控制原理  28-29
    3.2.3 气隙磁场定向矢量控制原理  29
  3.3 转子磁场定向矢量控制系统  29-31
    3.3.1 按转子磁场定向的三相异步电机数学模型  29-30
    3.3.2 按转子磁场定向矢量控制系统的基本结构  30-31
  3.4 矢量控制的磁链观测  31-36
    3.4.1 开环观测模型  31-33
    3.4.2 闭环观测模型  33-36
  3.5 本章小结  36-37
4 基于超稳定性的无速度传感器矢量控制系统  37-53
  4.1 模型参考自适应系统  37-41
    4.1.1 模型参考自适应系统的概念  38-39
    4.1.2 模型参考自适应系统的设计方法  39-40
    4.1.3 超稳定性的模型参考自适应系统设计  40-41
  4.2 Popov 超稳定性理论  41-42
    4.2.1 超稳定性概念  41-42
    4.2.2 超稳定性定理  42
  4.3 基于超稳定性的无速度传感器矢量控制设计  42-52
    4.3.1 异步电机的状态方程描述和可控可观性分析  43-45
    4.3.2 无速度传感器矢量控制系统转速辨识  45-52
  4.4 本章小结  52-53
5 系统的仿真研究  53-65
  5.1 系统仿真模型  53-57
  5.2 系统仿真结果  57-64
  5.3 本章小结  64-65
6 基于 TMS320F2812 的控制系统设计  65-80
  6.1 系统的主电路设计  65-68
    6.1.1 整流电路  65-66
    6.1.2 逆变电路  66-68
  6.2 检测电路设计  68-69
    6.2.1 电流检测电路  69
    6.2.2 电压检测电路  69
  6.3 光电耦合隔离电路  69-70
  6.4 系统的控制电路  70-73
    6.4.1 TMS320F2812 特点及结构  70-72
    6.4.2 F2812 功能模块  72-73
  6.5 电压正弦 PWM 技术  73-77
    6.5.1 电压正弦 PWM 的工作原理  73-74
    6.5.2 利用 DSP 的比较单元产生 SPWM 波  74-77
  6.6 系统的软件设计  77-79
    6.6.1 主程序  77
    6.6.2 初始化程序  77-78
    6.6.3 中断子程序  78-79
  6.7 本章小结  79-80
7 结论  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-84
附录  84-86

基于Popov超稳定性的矿用局部通风机矢量控制系统的研究

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