密级 单位代码:10422 分类号:TP273 学号:200211449 东子 硕士学位论文 论文题目: 高性能感应电机电流控制研究 作者姓名 程金路 专 业控制理论与控制工程 指导教师姓名 专业技术职务张承进教授 2005年5月1日
密 级： 单位代码： 10422 分 类 号： 学 号： 200211449 硕 士 学 位 论 文 论文题目： 作者姓名 程金路 专 业 控制理论与控制工程 指导教师姓名 专业技术职务 张承进 教授 2005 年 5 月 1 日 高性能感应电机电流控制研究 TP273
原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名: 日期 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被査阅 和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文 (保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名: 导师签名: 日期:
原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 (保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 日 期：
山东大学硕士学位论文 目录 目录 摘要 ABSTRACT 符号注释 第1章绪论 1.1引言 1.2感应电机电流控制 1.3电流控制的研究与发展.… 1.3.1滞环控制 1.32PI控制. 1.3.3有限拍控制 1.34神经网络控制. 1.3.5模糊控制 4本文的主要工作及内容安排 3578899 14.1本文的主要工作 14.2本文的内容安排 第2章预备知识 2.1引言 22坐标变换 22.1三相坐标系与两相静止坐标系 222两相静止坐标系与两相同步旋转坐标系… 16 23三相坐标系与两相同步旋转坐标系 2.3感应电机数学模型 18 2.3.1三相坐标系模型 18 2.3.2两相静止坐标系模型 2.3.3两相同步旋转坐标系模型…… 2.、34按转子磁场定向两相同步旋转坐标系模型 20 24矢量控制基本原理 21
山 东 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 目 录 目 录...................................................................................................... i 摘 要....................................................................................................iii ABSTRACT............................................................................................. v 符号注释............................................................................................... vii 第 1 章 绪 论 ..................................................................................... 1 1.1 引言 .......................................................................................... 1 1.2 感应电机电流控制.................................................................... 2 1.3 电流控制的研究与发展 ............................................................ 3 1.3.1 滞环控制 ........................................................................ 3 1.3.2 PI 控制.......................................................................... 5 1.3.3 有限拍控制..................................................................... 7 1.3.4 神经网络控制................................................................. 8 1.3.5 模糊控制 ........................................................................ 8 1.4 本文的主要工作及内容安排..................................................... 9 1.4.1 本文的主要工作 ............................................................. 9 1.4.2 本文的内容安排 ........................................................... 10 第 2 章 预备知识 ............................................................................... 12 2.1 引言 ........................................................................................ 12 2.2 坐标变换................................................................................. 12 2.2.1 三相坐标系与两相静止坐标系 .................................... 13 2.2.2 两相静止坐标系与两相同步旋转坐标系 ..................... 16 2.2.3 三相坐标系与两相同步旋转坐标系 ............................. 18 2.3 感应电机数学模型.................................................................. 18 2.3.1 三相坐标系模型 ........................................................... 18 2.3.2 两相静止坐标系模型 ................................................... 19 2.3.3 两相同步旋转坐标系模型 ............................................ 20 2.3.4 按转子磁场定向两相同步旋转坐标系模型.................. 20 2.4 矢量控制基本原理.................................................................. 21
山东大学硕士学位论文 2.5参数辨识与自校正控制 2.5.1最小二乘参数辨识 2.5.2自校正控制 2.53数值仿真 2.6小结 第3章感应电机自校正解耦电流控制 3.1引言 3.2模型描述 3.3解耦控制 34定子电流控制 3.5在线参数辨识 3.6仿真研究 41 3.7小结 第4章感应电机自适应有限拍电流控制 45 1引言 45 4.2模型描述 45 4.3电流控制器设计 .46 44在线参数估计 4.5仿真结果 4.6小结 52 第5章总结与展望 参考文献 致谢 攻读硕士学位期间完成的论文及参加的科研工作
山 东 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii 2.5 参数辨识与自校正控制........................................................... 23 2.5.1 最小二乘参数辨识........................................................ 23 2.5.2 自校正控制 ................................................................... 27 2.5.3 数值仿真....................................................................... 28 2.6 小结......................................................................................... 33 第 3 章 感应电机自校正解耦电流控制 .............................................. 34 3.1 引言......................................................................................... 34 3.2 模型描述 ................................................................................. 35 3.3 解耦控制 ................................................................................. 37 3.4 定子电流控制.......................................................................... 38 3.5 在线参数辨识.......................................................................... 40 3.6 仿真研究 ................................................................................. 41 3.7 小结......................................................................................... 44 第 4 章 感应电机自适应有限拍电流控制 .......................................... 45 4.1 引言......................................................................................... 45 4.2 模型描述 ................................................................................. 45 4.3 电流控制器设计 ...................................................................... 46 4.4 在线参数估计.......................................................................... 48 4.5 仿真结果 ................................................................................. 49 4.6 小结......................................................................................... 52 第 5 章 总结与展望 ............................................................................ 54 参考文献 ............................................................................................... 56 致 谢 ................................................................................................... 63 攻读硕士学位期间完成的论文及参加的科研工作 ............................... 64
山东大学硕士学位论文 摘要 电力电子技术和控制技术的飞速发展,使得交流调速性能可以与 直流调速相媲美,目前,交流调速已进入逐步替代直流调速的时代 在高性能感应电机转速、电流双闭环调速系统中,首先要设计电流调 节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计 速度调节器。因此,电流控制环是双闭环调节系统的重要组成部分, 电流调节器的性能直接影响着整个系统的控制性能。人们已经对电流 控制做了大量的研究,提出了很多有效的电流控制方法。实际情况中, 感应电机的参数,尤其是电阻,会因环境以及电机自身工作状态的影 响而变化,利用基于模型的方法设计的控制器对电机的参数变化敏感。 所以参数变化会极大地影响感应电机的控制性能。本文将自适应控制 方法用于感应电机的电流控制,依次探讨:(i)利用遗忘因子最小二乘 (LS)法辨识时变参数的问题;(i)两相同步旋转坐标系下,感应电机模 型的自校正(STC)解耦电流控制;(i)自适应的感应电机有限拍电流控 制 本文的主要工作如下 考察了遗忘因子最小二乘递推算法开环辨识时变参数的过程中 遗忘因子对于参数辨识结果的影响。又利用遗忘因子最小二乘递 推算法设计极点配置自校正控制器,考察遗忘因子对于闭环辨识 结果的影响,为设计自适应电流控制器作理论准备。 从物理角度利用状态反馈对感应电机的状态空间方程进行解耦, 然后用两个比例积分(PI控制器分别调节励磁电流和转矩电流。为 了解决电机参数变化问题,保证解耦控制器和电流控制器的参数 与电机的实际参数一致,对感应电机进行递推参数估计,在线校
山 东 大 学 硕 士 学 位 论 文 iii 摘 要 电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与 直流调速相媲美，目前，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。 在高性能感应电机转速、电流双闭环调速系统中，首先要设计电流调 节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计 速度调节器。因此，电流控制环是双闭环调节系统的重要组成部分， 电流调节器的性能直接影响着整个系统的控制性能。人们已经对电流 控制做了大量的研究，提出了很多有效的电流控制方法。实际情况中， 感应电机的参数，尤其是电阻，会因环境以及电机自身工作状态的影 响而变化，利用基于模型的方法设计的控制器对电机的参数变化敏感。 所以参数变化会极大地影响感应电机的控制性能。本文将自适应控制 方法用于感应电机的电流控制，依次探讨：(i)利用遗忘因子最小二乘 (LS)法辨识时变参数的问题；(ii)两相同步旋转坐标系下，感应电机模 型的自校正(STC)解耦电流控制；(iii)自适应的感应电机有限拍电流控 制。 本文的主要工作如下： • 考察了遗忘因子最小二乘递推算法开环辨识时变参数的过程中， 遗忘因子对于参数辨识结果的影响。又利用遗忘因子最小二乘递 推算法设计极点配置自校正控制器，考察遗忘因子对于闭环辨识 结果的影响，为设计自适应电流控制器作理论准备。 • 从物理角度利用状态反馈对感应电机的状态空间方程进行解耦， 然后用两个比例积分(PI)控制器分别调节励磁电流和转矩电流。为 了解决电机参数变化问题，保证解耦控制器和电流控制器的参数 与电机的实际参数一致，对感应电机进行递推参数估计，在线校