高性能感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)研究.pdf

1、感應電機以其緊湊的結構和技術優(yōu)勢占據(jù)了電力傳動領域的主導地位，各種高性能的交流調速技術也得到了廣泛的研究和應用?；谵D子磁場定向控制的感應電機矢量控制技術可實現(xiàn)與直流電機相媲美的動態(tài)性能，隨后的感應電機無速度傳感器控制更增加了系統(tǒng)的簡易性和魯棒性。但目前感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中仍有一些關鍵技術亟待解決，需要解決的關鍵問題是電機轉速估計、轉子磁鏈觀測和電機參數(shù)辨識。
　　擴張狀態(tài)觀測器(Extended State Obs

2、erver，ESO)通過構造擴張狀態(tài)以觀測感應電機轉子磁鏈，再結合模型參考自適應系統(tǒng)(Model Reference Adaptive System，MRAS)控制技術，可以實現(xiàn)感應電機的磁鏈與轉速的觀測。自抗擾控制器(ActiveDisturbances Rejection Controller，ADRC)具有補償系統(tǒng)擾動和模型不確定性的優(yōu)點，是一種新型非線性控制器，適用于感應電機控制系統(tǒng)的調節(jié)器設計。本文以感應電機無速度傳感器矢量控

3、制技術為應用背景，以轉子磁鏈、定子電阻、轉子電阻、電機轉速等重要參數(shù)的辨識方法和魯棒控制器的設計問題展開系統(tǒng)深入研究。
　　ESO是一種有效的感應電機狀態(tài)估計方法，基于ESO的轉子磁鏈觀測器對轉子電阻變化魯棒性強，但其存在兩大不足:(1)對電機定子電阻變化的魯棒性差;(2)缺少磁鏈輸出偏差補償機制。本文針對ESO轉子磁鏈觀測器進行二次狀態(tài)擴張，并形成一種閉環(huán)補償結構，提出了一種基于變結構的轉子磁鏈閉環(huán)ESO觀測器(Closed l

4、oop ESO，CESO)，利用觀測磁鏈的微分信號與電流估計值構成辨識定子電阻的誤差信號，直接消除了定子電阻降壓產生的積分影響。仿真與實驗研究表明，轉子磁鏈閉環(huán)ESO觀測器對磁鏈觀測模型的總擾動和輸出均能補償，有效提高了磁鏈觀測器對定、轉子電阻變化的魯棒性，改善了轉子磁鏈觀測精度。
　　在基于恒磁通控制的感應電機間接矢量控制系統(tǒng)中，轉子時間常數(shù)的變化是造成磁場定向偏差的關鍵影響因素，而轉子電阻變化是引起時間常數(shù)變化的主要原因。利用

5、無功功率與電機參數(shù)弱相關的特點，提出了一種基于無功功率參考模型的轉子電阻辨識方法。仿真研究結果表明，這種新型轉子電阻辨識方法具有算法簡單、實時性好、魯棒性強等優(yōu)點，能有效提高轉子磁鏈定向精度，改善了電機輸出轉矩的動靜態(tài)控制性能。
　　電機轉速觀測技術是感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的關鍵技術，傳統(tǒng)的轉速觀測方法未計及電機參數(shù)時變性而存在不足。本文基于MRAS理論和多參數(shù)并行辨識技術，提出了一種雙參數(shù)交互式MRAS速度觀測器。通過

6、參考模型與可調模型互換、構造不同自適應律，實現(xiàn)了速度觀測和定子電阻的聯(lián)合辨識。仿真和實驗結果表明:這種交互式轉速觀測方法消除了定子電阻變化的不利影響，獲得了穩(wěn)定的、高精度的速度觀測，改善了感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)低速時的動靜態(tài)調速性能。
　　魯棒控制器設計是感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的重要研究內容之一，傳統(tǒng)的PI調節(jié)器對電機參數(shù)變化敏感，調速范圍內PI參數(shù)自適應性差。本文將ADRC技術應用于感應電機無速度傳感器矢量控

7、制系統(tǒng)，并運用強化學習方法對ADRC的參數(shù)進行優(yōu)化，提出了一種基于擴展連續(xù)動作強化學習算法(Extended Continuous Action Reinforcement Learning Automata，ECARLA)的ADRC參數(shù)優(yōu)化方法，提高了ADRC參數(shù)優(yōu)化效率，保證參數(shù)全局最優(yōu)。仿真與實驗研究表明:采用ADRC進行調節(jié)器設計，控制系統(tǒng)對電機參數(shù)大范圍擾動具有較好地補償能力，轉速適應范圍寬，對轉矩擾動也有較好抑制能力，動態(tài)響