異步電機全階磁鏈觀測器的設計分析及其應用研究.pdf

1、異步電機傳統(tǒng)的V/F 控制方法原理簡單、易實現、參數魯棒性強，但是電機在低速區(qū)域存在帶載能力減弱、動態(tài)響應變慢、轉速精度降低等問題。標量控制與無速度傳感器控制在沒有速度傳感器情況下，通過觀測電機磁鏈，在以觀測磁鏈定向的同步坐標系中控制電機電壓，很好地解決了異步電機低速性能。矢量控制與直接轉矩控制實現了異步電機的高性能控制，改善了電機從零速到超高速區(qū)域的動態(tài)性能以及穩(wěn)態(tài)精度，目前廣泛用于數控、電力機車等高性能場合。盡管控制策略不同，磁鏈觀

2、測在這兩種控制方法中必不可少。因此深入開展異步電機磁鏈觀測器設計研究，對改善異步電機的控制性能，擴大異步電機的調速范圍是非常有意義的研究工作。
　　 全階磁鏈觀測器模擬電機實際運行狀況，通過構建電機狀態(tài)方，可以同時實現異步電機的轉速辨識與磁鏈觀測。本文以異步電機無速度傳感器控制技術為應用背景，以全階磁鏈觀測器的反饋矩陣設計、轉速自適應律設計、磁鏈觀測器收斂性分析、磁鏈觀測器參數敏感性分析以及全階磁鏈觀測器在無速度傳感器控制系統(tǒng)中

3、的應用為主要內容展開系統(tǒng)深入研究。
　　 針對電機轉速在辨識得到的情況下，對全階磁鏈觀測器反饋矩陣進行了設計。磁鏈觀測器的特征函數表示了磁鏈觀測器在電流模型磁鏈觀測器與電壓模型磁鏈觀測器之間切換的平滑程度；從雙時間尺度出發(fā)，全階磁鏈觀測器可以分解為轉速辨識系統(tǒng)與磁鏈觀測系統(tǒng)。本文分析了反饋矩陣對全階磁鏈觀測器的特征函數以及轉速辨識系統(tǒng)與磁鏈觀測系統(tǒng)性能的影響，提出了一種能改善全階磁鏈觀測器平滑切換以及全階磁鏈觀測器阻尼的反饋矩陣

4、設計方法。
　　 全階磁鏈觀測器的轉速自適應律對觀測器的穩(wěn)定性有很大的影響，本文分析了基于傳統(tǒng)轉速自適應律的全階磁鏈觀測器穩(wěn)定性，通過理論推導得到了不穩(wěn)定范圍，分析了不穩(wěn)定原因。根據不穩(wěn)定特征提出了低速回饋發(fā)電狀態(tài)下的轉速自適應律設計準則。零頻率狀態(tài)下注入低頻電流，介紹了獲取與磁場位置誤差相關的感應電壓原理，研究了辨識轉速誤差與磁場位置誤差的關系，給出了利用感應電壓設計的轉速自適應律。
　　 論文分析了全階磁鏈觀測器的收

5、斂性能，并與電壓模型磁鏈觀測器及電流模型磁鏈觀測器的收斂性能進行對比。在以觀測轉子磁鏈定向的同步旋轉坐標系中建立磁鏈觀測器，推導出電機實際磁鏈與觀測磁鏈的關系式，通過考察電機實際磁鏈以及觀測磁鏈的收斂時間常數，分析了磁鏈觀測器在不同轉速獲取方法下的收斂性能。論文分析了全階磁鏈觀測器的參數敏感性，并與電壓模型磁鏈觀測器及電流模型磁鏈觀測器的參數敏感性進行對比。推導出了穩(wěn)態(tài)情況下每種磁鏈觀測器的辨識轉速公式以及實際磁鏈與觀測磁鏈的比值關系式

6、，繪制出轉速誤差及磁鏈角度誤差隨電機轉速及負載變化的三維圖，通過三維圖考察了磁鏈觀測器的參數敏感性。采用小信號方法，本文研究了基于全階磁鏈觀測器的無速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。對整個系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)工作點線性化處理，得到轉速指令與實際轉速之間的傳遞函數。通過考察傳遞函數極點分布，分析了無速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時分析了電機參數誤差對電機轉速辨識系統(tǒng)影響，研究了降低轉速辨識環(huán)及轉速控制環(huán)帶寬與改善無速度傳感器控制系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關系。