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基于DSP的感应电机无速度传感器矢量控制

作　者: 李家波
导　师: 刘国海
学　校: 江苏大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 感应电机无速度传感器矢量控制 d轴电压模型转矩电流误差扩展卡尔曼观测器 DSP
分类号: TM346
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

感应电机的无速度传感器矢量控制是目前电气传动领域研究的热点之一,其主要研究内容为在存在参数变化、扰动及各种不确定性干扰的情况下,采用一种快速、有效的方法对转子磁链、转子转速进行较为准确的观测。为了达到这个目的,本课题从两个方向对无速度传感器矢量控制进行了研究,一个是传统的磁链、转速观测方法,一个是基于扩展卡尔曼理论的磁链、转速观测。在研究传统的磁链、转速观测方法时,首先介绍了基于电压和电流模型的磁链辨识及其改进算法,指出了其不足之处。继而引入了基于参考模型的磁链频率辨识方法,并选择其中的d轴电压模型观测转子磁链频率。该方法能较好的适用于不需要考虑转子磁链幅值的感应电机矢量控制场合。而对于转子转速的观测,选择了利用转矩电流误差观测转子转速的方法。该方法所采用的PI调节器估算方法,简单易实现。最后将这两种方法综合起来,构成了一个简化的、受电机参数影响较小的无速度传感器矢量控制系统。仿真结果验证了该方法的有效性。在研究扩展卡尔曼观测器方法时,首先将转子转速作为一个扩展状态,推导出一个线性化的离散状态方程,并用仿真结果证实了该方法的有效性。考虑到转子电阻在实际运行中变化较大,将其同转子转速一样,作为一个扩展状态进行观测,仿真结果表明该方法在相同的环境下可以比只带转子转速观测的方法更好的观测转子磁链。受这个思想的启发,推导出了一个带有多个扩展状态的卡尔曼磁链观测器。然后分主电路和控制电路两部分,详细介绍了用于电机控制的硬件平台的设计,其中包括IPM智能功率模块和TMS320DSP芯片和评估板的特点,电压源的选择、各种输入输出接口电路和保护电路,并给出了详细的电路原理图。并在此试验平台上,采用DSP编程,实现了感应电机的带速度传感器控制。试验结果表明,该控制系统在较低转速和较高转速,均有较好的控制效果。

全文目录

注释表  11-12
第一章绪论  12-22
  1、感应电机几种主要的控制策略  12-18
    1.1 恒压频比控制(V／f)  13-14
    1.2 磁场定向矢量控制(FOC)  14
    1.3 直接转矩控制(DTC)  14-15
    1.4 反馈线性化控制  15-16
    1.5 滑模变结构控制  16-17
    1.6 智能控制  17-18
  2、无速度传感器矢量控制策略  18-21
    2.1 模型参考自适应理论  18-19
    2.2 扩展的卡尔曼滤波器理论  19-20
    2.3 基于神经网络的方法  20-21
  3、本课题研究的主要内容  21-22
第二章无速度传感器矢量控制系统原理与仿真实现  22-37
  1、交流感应电机矢量控制基本原理  22-28
    1.1 三相坐标系中电机磁链、电压和转矩方程  22-24
    1.2 三相异步电机在两项坐标系中的数学模型  24-25
    1.3 转子磁场定向矢量控制基本原理  25-28
  2、基于电压和电流模型的磁链辨识  28-31
    2.1 基于电压模型的磁链观测器及其改进型  28-30
    2.2 基于电流模型的磁链观测器  30-31
    2.3 两种磁链观测器的分析  31
  3、基于参考模型的磁链频率辨识  31-33
    3.1 基于d轴电压模型  32
    3.2 基于q轴电压模型  32
    3.3 基于无功功率模型  32
    3.4 基于有功功率模型  32-33
  4、利用转矩电流误差进行转子转速辨识  33-34
  5、矢量控制系统仿真  34-37
    5.1 带速度传感器矢量控制系统仿真  34-35
    5.2 无透度传感器矢量控制系统仿真  35-37
第三章基于扩展卡尔曼理论的状态观测器设计  37-49
  1、扩展卡尔曼算法原理及用于该算法的电机模型  37-42
    1.1 扩展卡尔曼算法原理  38-39
    1.2 异步电机在两相静止坐标系下的连续状态方程  39-40
    1.3 考虑噪声影响的离散化电机模型  40-42
  2、基于扩展卡尔曼理论的状态观测器  42-49
    2.1 带转速观测的卡尔曼磁链观测器  42-44
    2.2 带转子电阻观测的卡尔曼磁链观测器  44-46
    2.3 同时观测多个变量的卡尔曼磁链观测器  46-47
    2.4 小结  47-49
第四章电机控制系统硬件平台设计  49-60
  1、电机控制平台主电路设计  49-54
    1.1 主电路整体结构设计  49-50
    1.2 电压源的选择与设计  50-53
    1.3 电压源逆变器的选择与功能描述  53-54
  2、电机控制平台控制电路设计  54-59
    2.1 TMS320F240DSP芯片及闻亭公司评估板介绍  54
    2.2 定子电流采样电路及过流保护设计  54-57
    2.3 光电编码测速接口电路  57
    2.4 SVPWM信号输出接口  57-58
    2.5 IPM逆变器故障保护电路  58-59
  3、本章小结  59-60
第五章控制系统软件设计及试验结果  60-73
  1、基于DSP的控制系统软件设计  60-68
    1.1 软件设计的整体流程  60-64
    1.2 数值的标么化处理  64-65
    1.3 电流采样及转速采样编程处理  65-68
  2、感应电机矢量控制试验结果  68-72
  3、本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读学位期间发表的学术论文目录  78

基于DSP的感应电机无速度传感器矢量控制

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