感應(yīng)電機(jī)狀態(tài)觀測(cè)與參數(shù)在線辨識(shí)技術(shù).pdf

1、電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中最重要的能量轉(zhuǎn)化方法。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，電能在終端能源消費(fèi)的比重也大幅提高，電機(jī)供能占了社會(huì)總用電量的一半以上，這其中大部分又供給了三相鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。然而，我國(guó)電機(jī)傳動(dòng)以及系統(tǒng)控制技術(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，在產(chǎn)品效率等重要指標(biāo)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電力電子技術(shù)、芯片技術(shù)的飛速發(fā)展和控制理論的日漸完善，有必要借助這些新進(jìn)展來(lái)實(shí)現(xiàn)我國(guó)先進(jìn)交流調(diào)速技術(shù)的研發(fā)與升級(jí)，以滿足生產(chǎn)生活的需要，和能源節(jié)流的迫切

2、需求。本文以三相鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)與參數(shù)在線辨識(shí)為研究目標(biāo)，先分析了不同控制方法以及電機(jī)工況下的狀態(tài)觀測(cè)與參數(shù)辨識(shí)需求，而后以理論分析為基礎(chǔ)，仿真與實(shí)驗(yàn)為手段，針對(duì)間接磁場(chǎng)定向控制下的感應(yīng)電機(jī)多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的在線并行辨識(shí)問(wèn)題做了深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴從感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型建模與分析出發(fā)，闡述了三種基于數(shù)學(xué)模型，且解決定子電阻變化問(wèn)題的無(wú)速度傳感器技術(shù)。在具體的對(duì)比分析中，分別推導(dǎo)了它們的自適應(yīng)律、誤

3、差傳遞函數(shù)和工作穩(wěn)定區(qū)域。根據(jù)上述分析，穩(wěn)定區(qū)域大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的“基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)的轉(zhuǎn)速與定子電阻并行辨識(shí)方案”，其性能的主要瓶頸就是存在純積分環(huán)節(jié)。為此，提出一種解決純積分問(wèn)題的新思路，即設(shè)計(jì)一種直接獲得轉(zhuǎn)子磁鏈微分值的觀測(cè)器，并在轉(zhuǎn)子磁鏈微分值的基礎(chǔ)上重新推導(dǎo)轉(zhuǎn)速與定子電阻并行辨識(shí)的自適應(yīng)律。該觀測(cè)器根據(jù)高階滑模理論中的Super-Twisting算法構(gòu)建，既獲得了較好的動(dòng)態(tài)性能，又有效抑制了滑模固有的抖振，而且對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)變化有很

4、強(qiáng)的魯棒性。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了文中所提方案的優(yōu)勢(shì)與有效性。⑵從可觀性角度，對(duì)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)同時(shí)辨識(shí)的可行性進(jìn)行分析。由于兩者之間存在深度的耦合，要想滿足它們同時(shí)可觀，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值就不能保持不變，而這一點(diǎn)與感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行矛盾。因此本章暫不討論轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，而是在轉(zhuǎn)速已知的前提下，研究了轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在線辨識(shí)方法與準(zhǔn)確性驗(yàn)證方法。從感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，分別用帶遺忘因子的遞推最小二乘法和調(diào)整后的粒子群尋優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的在

5、線辨識(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了調(diào)整后粒子群尋優(yōu)算法相比最小二乘法在抗噪聲方面的優(yōu)勢(shì)。而后，分析轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)值不準(zhǔn)確對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的影響，并據(jù)此提出借助轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向原理來(lái)驗(yàn)證與校正轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)辨識(shí)值的方法。⑶深入探討了轉(zhuǎn)速估計(jì)的一種新思路，即基于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽效應(yīng)，設(shè)法獲取轉(zhuǎn)子槽諧波中的轉(zhuǎn)速信息。據(jù)此提出一套方案，通過(guò)提取槽諧波實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速估計(jì)后，再基于數(shù)學(xué)模型來(lái)辨識(shí)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。該方案避免了兩個(gè)參數(shù)深度耦合導(dǎo)致的可觀性問(wèn)題。文中詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)子