【正文】 文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過(guò)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(chǎng)合都需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，如 車輛，、電梯、機(jī)床及造紙機(jī)械等，而風(fēng)機(jī)、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(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)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(shí)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(dǎo)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(qiáng)迫換流電路，使裝置復(fù)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(dǎo)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(yīng)復(fù)雜的控制策略和 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁(yè) 大量數(shù)據(jù)計(jì)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(gè)“事件管理器”，包括定時(shí)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(bǔ)的、帶死區(qū)控制的 PWM 信號(hào)。由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來(lái)了一些缺陷： （ 1） 增加了系統(tǒng)的成本，精度越高的碼盤價(jià)格也越 貴。同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速均可在已實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)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(jì)的算法。 在矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響很大， P. Muraca【 13】 等提出一種利用擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì)轉(zhuǎn)子磁鏈和時(shí)間常數(shù)的方法，作者從電機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，推導(dǎo)出以轉(zhuǎn)子磁鏈和時(shí)間常數(shù)為狀態(tài)變量的降階狀態(tài)方程，然后利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)這 3個(gè)變量進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算過(guò)程中認(rèn)為其他量都是已知量，對(duì)算法的仿真結(jié)果表明變量估計(jì)值很快收斂于實(shí)際值，說(shuō)明這種方法可以在線估計(jì)電機(jī)狀態(tài)參數(shù)。這樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)器計(jì)算速度快，容錯(cuò)性強(qiáng)，抗諧波干擾，它的缺點(diǎn)是反復(fù)的訓(xùn)練會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間。 第四章 通過(guò) Matlab/simulink 軟件建立了基于 MRAS 轉(zhuǎn)速估計(jì)的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，分別對(duì)基于電流模型和電壓模型磁鏈估計(jì)方法進(jìn)行了分析和比較。 (3)不考慮頻率和溫度變化對(duì)電阻的影響 。 異步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)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(hào) 相應(yīng)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(shí)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(shí)值； , , , , ,A B C a b c? ? ? ? ? ? 為定子和轉(zhuǎn)子相磁鏈的瞬時(shí)值； ,srRR 為定子和轉(zhuǎn)子電阻。 J 為轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)系 (? 坐標(biāo)軸逆時(shí)針超前 ?坐標(biāo)軸 90? )。 異步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型 經(jīng)過(guò) 3s/2s 變換，就得到了三相異步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 異步電機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以同步 轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò) 3s/2r 變換，就得到了異步電機(jī)在任意兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)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(yùn)動(dòng)方程 (227) 式 (224)(227)是矢量控制中重要的方程 式，接下來(lái)的基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制都要依據(jù)這些方程式。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組和與之等效的兩相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組 ? 、 ? ，各相磁勢(shì)矢量的空間位置如圖 。上節(jié)中得到的異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型非常復(fù)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(shè)，要畫出清晰的結(jié)構(gòu)圖也并不容易。與電機(jī)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(guò)氣隙的漏磁通 。 無(wú)論三相異步電動(dòng)機(jī)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(xì)介紹了基于 DSP 的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)流程，各中斷子程序流程圖及各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。 課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 通過(guò)上面幾種控制方案的比較，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制方案具有較高的性能和實(shí)用價(jià)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(bào)告則是利用擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)電機(jī)的定子電流、轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速 5 個(gè)狀態(tài)變量同時(shí)進(jìn)行估計(jì)。 由于仍然采用電壓模型法轉(zhuǎn) 子磁鏈觀測(cè)器來(lái)作為參考模型，電壓模型的一些固有缺點(diǎn)在這一辨識(shí)算法中仍然存在。早期的ABB、日立、東洋電機(jī)的無(wú)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(dòng)勢(shì)的直接計(jì)算法。 （ 3） 在高溫、高濕、多塵的惡劣環(huán)境下無(wú)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(duì)電流或電壓檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng)然 39。C20xx 平臺(tái)，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(jí)，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(chǎng)控器件。 50 年代末，第 1 個(gè)普通晶閘管 (SCR)在美國(guó)通用電氣公司的實(shí)驗(yàn)室誕生，標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的開(kāi)端。磁場(chǎng)定向控制理論（即通 常說(shuō)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(diǎn)是調(diào)速范圍寬、靜差小、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)矩控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能等。這樣既減少了成本，又提高了控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性和魯棒性。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 信電學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 電氣 06 班 學(xué)生姓名 張有勝 任 務(wù) 下 達(dá) 日期 ： 20xx 年 3 月 1 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 20xx 年 3 月 1 日至 20xx 年 6 月 18 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 基于 DSP 的異步電動(dòng)機(jī)無(wú)速度傳感器的矢量控制研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 1. 復(fù)習(xí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系 統(tǒng)課程，重點(diǎn)學(xué)習(xí)異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)理論（包括異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換技術(shù)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)），了解國(guó)內(nèi)外無(wú)傳感器控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)； 2. 學(xué)習(xí) TMS320C2812DSP； 3． 學(xué)習(xí)觀測(cè)器理論、模型參考自適應(yīng)等相關(guān)理論； 掌握異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的方法； 4． 完成異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)模型的 DSP實(shí)現(xiàn)； 5. 采用Ｍ atlab／Ｓ imulink對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。本文應(yīng)用基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)無(wú)速度傳感器的矢量控制進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)和磁鏈觀測(cè)。 1885 年，世界上第一臺(tái)交流電機(jī)問(wèn)世，交流電機(jī)出現(xiàn)后，特別是鼠籠型異步電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行可靠、制造方便、價(jià)格低廉、容量沒(méi)有限制，維護(hù)方便，對(duì)環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)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(jī)控制系統(tǒng)中，無(wú)論是直流電機(jī)控制還是交流調(diào)速系統(tǒng)，都需要可控的電源，在 20世紀(jì) 50年代，可控電源都是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，控制器件都是電磁器件，整個(gè)控制設(shè)備龐大而笨重。從低頻開(kāi)關(guān)到高頻開(kāi)關(guān) 。 BJT 的很多特征和PMOSFET 相反，其主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)期間可能發(fā)生局部過(guò)熱的二次擊穿，使器件損壞，其開(kāi)關(guān)頻率低于 5kHz，因此噪聲較大。目前 PIC 只能達(dá)到低壓小功率的水平，如智能功率模塊 (IPM ),作為 PIC 的過(guò)渡產(chǎn)品，在交流變頻調(diào)速器中已大量使用。這類單片機(jī)具有豐富的硬件和軟件資源，也可以用于實(shí)時(shí)控制，但是當(dāng)需要大量數(shù)據(jù)計(jì)算處理或浮點(diǎn)運(yùn)算，對(duì)快速性要求較高時(shí)，則能力不足。24x 的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于一種改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和輸入 /輸出端口是并行分布設(shè)計(jì)的，其指令執(zhí)行采用 4級(jí)流水線操作，大多數(shù)指令都是單周期指令 (50ns )。本文實(shí)驗(yàn)部分就是采用 F243 作為控制器運(yùn)算核心。因此，無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)的核心是如何準(zhǔn)確地獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。一般在速度計(jì)算的同時(shí)需要進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的 辨識(shí)和誤差校正，才能得到較好的轉(zhuǎn)速估計(jì)結(jié)果。 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的狀態(tài)估計(jì)算法 通過(guò)分析異步電機(jī)在兩相坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，這是一組非線性方程，將這組方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)合起來(lái)，且如果認(rèn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速在短時(shí)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(luò)法 近年來(lái)隨著智能控制的理論的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法也被利用率實(shí)現(xiàn)速度估計(jì)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因其具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)本質(zhì)，對(duì)不確定的復(fù)雜問(wèn)題表現(xiàn)出很強(qiáng)的控制能力，因此被廣泛應(yīng)用于非線性控制領(lǐng)域，而異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)正式這樣一類問(wèn)題，因而近年來(lái)出現(xiàn)了相當(dāng)多的用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)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(wú)速度傳感器技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)。 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 由 于異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的控制方式比較復(fù)雜，要確定最佳的方式，必須對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)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(biāo)軸，轉(zhuǎn)子 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 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???????? ? ? ????? ? ? ????? ? ? ???aa a r a r abb b r b r bcc c r c r cdu i R i R pdtdu i R i R pdtdu i R i R pdt???????? ? ? ????? ? ? ????? ? ? ???0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0uiRA A AsRB B BsuiRC C CspRa a arRui rb b bR rc c c??????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?/dudta軸和定子 A軸間的角度 ? 作為空間角位移變量。將方程 (28)(212)帶入式 (24)，即可得到磁鏈方程。由異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系可以看到，它涉及到了兩種坐標(biāo)變換式 :3s/2s變換和 2s/2r 旋轉(zhuǎn)變換，又稱克拉克 (Clark)變換和 2s/2r 變換即派克 (Park)變換。如 圖 23所示，其中，靜止坐標(biāo)系的兩相交流分量和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩個(gè)直流分量產(chǎn)生同樣大小的同步旋轉(zhuǎn)磁