【正文】 文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機構(gòu)的學位或證書使用過的材料。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。而很多場合都需要對電機進行調(diào)速，如 車輛，、電梯、機床及造紙機械等，而風機、水泵等為了減少損耗，節(jié)約電能也需要調(diào)速。交流調(diào)速方案雖然早已有多種發(fā)明并得到實際應用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。采用微處理器控制以后，用軟件實現(xiàn)矢量控制算法，使硬件電路規(guī)范化，既降低成本，又提高了可靠性。 晶閘管是初期可控變流裝置采用的主要器件，由于它只能觸發(fā)導通不能控制關(guān)斷，所以是半控器件，用于可控整流很適合，若用于可控的逆變器，就需要強迫換流電路，使裝置復雜化。提高電壓和降低通態(tài)壓降是發(fā)展 IGBT 的主要矛盾，目前，新一代 IGBT 的電壓己經(jīng)提高到 ，而導通壓降為 。 在現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中，由模擬電子電路構(gòu)成的模擬控制已不能適應復雜的控制策略和 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 第 3 頁 大量數(shù)據(jù)計算的需要，由微處理器為核心的數(shù)字控制已經(jīng)成為交流調(diào)速控制器的主要形式。 39。 24x 內(nèi)部具有一個“事件管理器”，包括定時器、比較單元以及 PWM 產(chǎn)生電路，可以根據(jù)需要產(chǎn)生 6路互補的、帶死區(qū)控制的 PWM 信號。由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來了一些缺陷： （ 1） 增加了系統(tǒng)的成本，精度越高的碼盤價格也越 貴。同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速均可在已實現(xiàn)磁場定向控制的前提下利用穩(wěn)態(tài)公式得到。利用波波夫（ popov)超穩(wěn)定理論給出了轉(zhuǎn)速估計的算法。 在矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子時間常數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能影響很大， P. Muraca【 13】 等提出一種利用擴展卡爾曼濾波估計轉(zhuǎn)子磁鏈和時間常數(shù)的方法，作者從電機的數(shù)學模型出發(fā)，推導出以轉(zhuǎn)子磁鏈和時間常數(shù)為狀態(tài)變量的降階狀態(tài)方程，然后利用擴展卡爾曼濾波算法對這 3個變量進行估計，計算過程中認為其他量都是已知量，對算法的仿真結(jié)果表明變量估計值很快收斂于實際值，說明這種方法可以在線估計電機狀態(tài)參數(shù)。這樣的神經(jīng)網(wǎng)絡估計器計算速度快，容錯性強，抗諧波干擾，它的缺點是反復的訓練會花費大量時間。 第四章 通過 Matlab/simulink 軟件建立了基于 MRAS 轉(zhuǎn)速估計的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，分別對基于電流模型和電壓模型磁鏈估計方法進行了分析和比較。 (3)不考慮頻率和溫度變化對電阻的影響 。 異步電機在三相靜止坐標系下的數(shù)學模型 三相定子繞組的電壓平衡方程為 (21) 式中以微分算子 P 代替微分符號 相應地，三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程 (22) 式中： , , , , ,A B C a b cu u u u u u為定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值； , , , , ,A B C a b ci i i i i i 為定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值； , , , , ,A B C a b c? ? ? ? ? ? 為定子和轉(zhuǎn)子相磁鏈的瞬時值； ,srRR 為定子和轉(zhuǎn)子電阻。 J 為轉(zhuǎn)動慣量。兩相繞組的軸線分別為 ? 、 ? ，空間位置相差 90? ，構(gòu)成 ? 、 ? 兩相靜止坐標系 (? 坐標軸逆時針超前 ?坐標軸 90? )。 異步電機在兩相靜止坐標系的數(shù)學模型 經(jīng)過 3s/2s 變換，就得到了三相異步電機在兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型。 異步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的數(shù)學模型 兩相旋轉(zhuǎn)坐標系以同步 轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過 3s/2r 變換，就得到了異步電機在任意兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學模型 : （ 1) 電壓方程 (224) 式中： 1? 表示定子的同步角頻率， s? 表示轉(zhuǎn)差角頻率 （ 2） 磁鏈方程 （ 225） （ 3） 電磁轉(zhuǎn)矩方程 ()e n m st rm sm rtT p L i i i i?? （ 226） （ 4）運動方程 (227) 式 (224)(227)是矢量控制中重要的方程 式，接下來的基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制都要依據(jù)這些方程式。三相異步電動機的定子三相繞組和與之等效的兩相異步電動機定子繞組 ? 、 ? ，各相磁勢矢量的空間位置如圖 。上節(jié)中得到的異步電機動態(tài)數(shù)學模型非常復雜，要分析和求解這些非線性方程顯然是非常困難的，即便是做了一些假設，要畫出清晰的結(jié)構(gòu)圖也并不容易。與電機繞組交鏈的磁通主要有兩類 :一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通 。 無論三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組為繞線型還是籠型，均將它等效為繞線轉(zhuǎn)子 ，并將轉(zhuǎn)子參數(shù)換算到定子側(cè)，換算后的每相繞組匝數(shù)都相等。 第 六章 詳細介紹了基于 DSP 的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程，各中斷子程序流程圖及各個模塊的實現(xiàn)。 課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 通過上面幾種控制方案的比較，轉(zhuǎn)子磁場定向控制方案具有較高的性能和實用價值，使交流調(diào)速系統(tǒng)的性 能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。 TI 公司的研究報告則是利用擴展卡爾曼濾波對電機的定子電流、轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速 5 個狀態(tài)變量同時進行估計。 由于仍然采用電壓模型法轉(zhuǎn) 子磁鏈觀測器來作為參考模型，電壓模型的一些固有缺點在這一辨識算法中仍然存在。早期的ABB、日立、東洋電機的無速 度傳感器矢量控制產(chǎn)品中采用的就是這種基于轉(zhuǎn)子反電動勢的直接計算法。 （ 3） 在高溫、高濕、多塵的惡劣環(huán)境下無法工作，而且碼盤工作精度易受環(huán)境條件的影響。24x 還具有 8 路片內(nèi) 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，可以直接對電流或電壓檢測信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，當然 39。C20xx 平臺，以 39。 2)控制軟件可以根據(jù)需要替換、修改或移植，靈活性大，穩(wěn)定性好。另一種方案則是提高 IGBT 的電壓、電流等級，目前也取得了一些發(fā)展。其中 BJT 和 GTO 是電流控制型，而 PMOSFET 和 IGBT 是電壓控制型，即場控器件。 50 年代末，第 1 個普通晶閘管 (SCR)在美國通用電氣公司的實驗室誕生，標志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的開端。磁場定向控制理論（即通 常說的矢量控制）的出現(xiàn)，使得交流調(diào)速技術(shù) 【 3】【 4】 發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍。其優(yōu)點是調(diào)速范圍寬、靜差小、穩(wěn)定性好、易于實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)矩控制，具有良好的動態(tài)性能等。這樣既減少了成本，又提高了控制系統(tǒng)的簡易性和魯棒性。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書 學院 信電學院 專業(yè)年級 電氣 06 班 學生姓名 張有勝 任 務 下 達 日期 ： 20xx 年 3 月 1 日 畢業(yè)設計日期： 20xx 年 3 月 1 日至 20xx 年 6 月 18 日 畢業(yè)設計題目： 基于 DSP 的異步電動機無速度傳感器的矢量控制研究 畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求： 1. 復習電力拖動自動控制系 統(tǒng)課程，重點學習異步電機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)理論（包括異步電機動態(tài)數(shù)學模型和坐標變換技術(shù)、轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)），了解國內(nèi)外無傳感器控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢； 2. 學習 TMS320C2812DSP； 3． 學習觀測器理論、模型參考自適應等相關(guān)理論； 掌握異步電動機矢量控制的方法； 4． 完成異步電動機轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型的 DSP實現(xiàn)； 5. 采用Ｍ atlab／Ｓ imulink對轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)進行仿真。本文應用基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應系統(tǒng)，對無速度傳感器的矢量控制進行轉(zhuǎn)速估計和磁鏈觀測。 1885 年，世界上第一臺交流電機問世，交流電機出現(xiàn)后，特別是鼠籠型異步電機，由于結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、轉(zhuǎn)動慣量小、運行可靠、制造方便、價格低廉、容量沒有限制，維護方便，對環(huán)境要求不高等優(yōu)點被廣泛使用。 電力電子器件 和微處理器的發(fā)展 在現(xiàn)代電機控制系統(tǒng)中，無論是直流電機控制還是交流調(diào)速系統(tǒng)，都需要可控的電源，在 20世紀 50年代，可控電源都是旋轉(zhuǎn)變流機組，控制器件都是電磁器件，整個控制設備龐大而笨重。從低頻開關(guān)到高頻開關(guān) 。 BJT 的很多特征和PMOSFET 相反，其主要缺點是開關(guān)期間可能發(fā)生局部過熱的二次擊穿，使器件損壞，其開關(guān)頻率低于 5kHz，因此噪聲較大。目前 PIC 只能達到低壓小功率的水平，如智能功率模塊 (IPM ),作為 PIC 的過渡產(chǎn)品，在交流變頻調(diào)速器中已大量使用。這類單片機具有豐富的硬件和軟件資源，也可以用于實時控制，但是當需要大量數(shù)據(jù)計算處理或浮點運算，對快速性要求較高時，則能力不足。24x 的體系結(jié)構(gòu)設計是基于一種改進的哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間和輸入 /輸出端口是并行分布設計的，其指令執(zhí)行采用 4級流水線操作，大多數(shù)指令都是單周期指令 (50ns )。本文實驗部分就是采用 F243 作為控制器運算核心。因此，無速度傳感器矢量控制技術(shù)的核心是如何準確地獲取電機的轉(zhuǎn)速信息。一般在速度計算的同時需要進行電機參數(shù)的 辨識和誤差校正，才能得到較好的轉(zhuǎn)速估計結(jié)果。 基于擴展卡爾曼濾波的狀態(tài)估計算法 通過分析異步電機在兩相坐標系的數(shù)學模型，這是一組非線性方程，將這組方程和機械運動方程聯(lián)合起來，且如果認為電機轉(zhuǎn)速在短時間 (采樣周期 )內(nèi)保持不變，這將構(gòu)成一組新的非線性方程，其中的狀態(tài)變量為 。 神經(jīng)網(wǎng)絡法 近年來隨著智能控制的理論的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法也被利用率實現(xiàn)速度估計，人工神經(jīng)網(wǎng)絡因其具有自適應、自學習本質(zhì)，對不確定的復雜問題表現(xiàn)出很強的控制能力，因此被廣泛應用于非線性控制領(lǐng)域，而異步電機轉(zhuǎn)速估計正式這樣一類問題，因而近年來出現(xiàn)了相當多的用神經(jīng)網(wǎng)絡做異步電機轉(zhuǎn)速估計的研究。 論文基本結(jié)構(gòu)如下： 第一章介紹了研究背景、方法，以及矢量控制和無速度傳感器技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展狀況和趨勢。 異步電機的數(shù)學模型 由 于異步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的控制方式比較復雜，要確定最佳的方式，必須對系統(tǒng)動靜態(tài)特性進行充分的研究。我們把定子 A相繞組的軸線作為空間參考坐標軸，轉(zhuǎn)子 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 第 8 頁 AA A s A s ABB B s B s BCC C s C s Cdu i R i R pdtdu i R i R pdtdu i R i R pdt???????? 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