【正文】 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)磁動(dòng)勢。將方程 (28)(212)帶入式 (24)，即可得到磁鏈方程。 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。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(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)正式這樣一類問題，因而近年來出現(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。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。本文實(shí)驗(yàn)部分就是采用 F243 作為控制器運(yùn)算核心。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。 BJT 的很多特征和PMOSFET 相反，其主要缺點(diǎn)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。 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。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)無速度傳感器的矢量控制進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)和磁鏈觀測。 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。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。 50 年代末，第 1 個(gè)普通晶閘管 (SCR)在美國通用電氣公司的實(shí)驗(yàn)室誕生，標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的開端。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。C20xx 平臺(tái)，以 39。 （ 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。 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(diǎn)在這一辨識(shí)算法中仍然存在。 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(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。 無論三相異步電動(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。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。 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 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。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。 第四章 通過 Matlab/simulink 軟件建立了基于 MRAS 轉(zhuǎn)速估計(jì)的無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。 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，說明這種方法可以在線估計(jì)電機(jī)狀態(tài)參數(shù)。同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速均可在已實(shí)現(xiàn)磁場定向控制的前提下利用穩(wěn)態(tài)公式得到。 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)。 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 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁 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。 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。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，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。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。采用坐標(biāo)變換的方式將三相靜止坐標(biāo)系變?yōu)閮上嗤叫D(zhuǎn)坐標(biāo)系，可以實(shí)現(xiàn)定子電流的解耦，從而實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達(dá)到直流電機(jī)的控制效果。另一類調(diào)速方法是調(diào)解電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度，只是一種高效的調(diào)速方法，即通過變頻來實(shí)現(xiàn)。從小功率 ( 10Kw)到大功率 ( 1 Mw)，新一代的器件帶來新一代的變流器，又推動(dòng)了新一代電機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生，成為現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的先鋒 【 5】 。其內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，使硬件電路設(shè)計(jì)和開發(fā)變得簡單可靠。 39。其中一種是利用同步轉(zhuǎn)速減去轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度 【 8】 。按照系統(tǒng)辨識(shí)的方法，對(duì)非線性方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的有效方法是擴(kuò)展卡爾曼濾波算 法，因此人們自然想到利用卡爾曼濾波來估計(jì)轉(zhuǎn)速和磁鏈的方法。 第三章 介紹了基于電流模型和電壓模型的兩種磁鏈估計(jì)方法，并對(duì)無速度傳感器技術(shù)進(jìn)行研究，在帶速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以模型參考自適應(yīng)的理論出發(fā)，建立了速度辨識(shí)方案的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性證明。這樣，我們可以得到異步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的 電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。 1. 3/2 變換 (Clark 變換 ) 由電機(jī)學(xué)原理可知，交流電機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組 A、 B、 C，通以三相平衡的正弦電流 Ai 、 Bi 、 Ci 時(shí)，產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢 F，且以同步轉(zhuǎn)速 1? 旋轉(zhuǎn)。 異步電機(jī)矢量控制 矢量控制 (vector control)理論，是在 20 世紀(jì) 70 年代初由美國學(xué)者和德國學(xué)者各自提出的，以后在實(shí)踐中經(jīng)過改進(jìn)，形成了現(xiàn)在普遍采用的矢量控制方法，矢量控制的基本思想是：按照旋轉(zhuǎn)磁場等效的原則，通過一系列的坐標(biāo)變換 (矢量變換 )，把定子電流分解成互相垂直的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，在交流調(diào)速系統(tǒng)中，如果能保持勵(lì)磁分量不變，控制轉(zhuǎn)矩分量，就可以像控制直流電機(jī)那樣控制交流電機(jī)了。采用坐標(biāo)變換的方法可以使變換后的數(shù)學(xué)模型容易處理一些，有利于異步電機(jī)的分析和控制。這樣異步電機(jī)數(shù)模型等效電路如圖 示。無速度傳感器矢量控制更是增加了系統(tǒng)的簡易性和魯 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁 棒性。為了削弱電壓模型中純積分的影響， YHori【 12】 引入了輸出濾波環(huán)節(jié)，改善估計(jì)性能，但同時(shí)帶來了磁鏈估計(jì)的相移偏差，為了平衡這一偏差，同樣在可調(diào)模型中引入相同的濾波環(huán)節(jié)，經(jīng)過改進(jìn)后的算法，在一定程度上改善了純積分環(huán)節(jié)帶來的影響。 因此，無速度傳感器技術(shù) 【 6】【 7】 的研究顯得更為迫切，成為研究的熱點(diǎn)。C2xLP 為運(yùn)算內(nèi)核，它將高性能的 CPU 和眾多外設(shè)接口集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 由于各種開關(guān)器件的工作原理不同，它們所能承受的開關(guān)功率和開關(guān)頻率也不一樣，一般來說，開關(guān)頻率越高的器件，允許的開關(guān)功率就越小， MOSFET 的允許功率最小而頻率最高，IGBT 和 BJT 次之， GTO 再次之， SCR 的功率最大而頻率最低。近 20 年來，電力電子器件的發(fā)展非常迅猛，從只能觸發(fā)導(dǎo)通不能控制關(guān)斷的半控型器件 (如晶閘 管 )，到可以控制導(dǎo)通和關(guān)斷的全控型器件 。但由于直流電動(dòng)機(jī)采用機(jī)械接觸式換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)時(shí)、價(jià)格高、易于磨損、維護(hù)麻煩，并且難向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量發(fā)展，這就限制了直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。由于電機(jī)在運(yùn)行過程中的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，必須保證磁鏈和轉(zhuǎn)速估計(jì)的準(zhǔn)確性，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。由于坐標(biāo)變換后的電機(jī)模型考慮了瞬態(tài)的情況，不僅可以較準(zhǔn)確地控制電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能，而且也能保證實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)性能，為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的高性能化奠定了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)，一直被認(rèn)為天經(jīng)地義的交流拖動(dòng)的分工格局被逐漸打破，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比重逐年上升。其缺點(diǎn)是導(dǎo)通壓降大，只適用于高頻小功率的應(yīng)用場合。 早期用于電機(jī)控制的微處理器是各種類型的單片機(jī)，如 Intel 公司的 51 系列和 1%系列單片機(jī)，都得到了廣泛應(yīng)用，特別是 80C 196MC 具有片內(nèi)波形發(fā)生器 (WFG)，可產(chǎn)生 3對(duì)獨(dú)立的 PWM 信號(hào)，適合于交流感應(yīng)電機(jī)控制，在一般的變頻器中很多采用這種單片機(jī)。24x 特別適合于交流調(diào)速控制。但該方法的缺陷也很明顯：計(jì)算過程中用到了大量電機(jī)參數(shù)，因此該方法完全依賴電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性和磁鏈的觀測精度，如果電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中某個(gè)參數(shù)發(fā)生明顯變化，得到的速度將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)轉(zhuǎn)速，所以難以保證系統(tǒng)的抗干擾性，甚至可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。在利用高速處理能力的 DSP 情況下，稍微復(fù)雜一點(diǎn) 的計(jì)算不再是問題，這樣會(huì)使準(zhǔn)確性提高。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁 ABCabcAuBuCuAiBiCiaubucuaibici??02 異步電機(jī)的矢量控制理論 本章首先闡述異步電動(dòng)機(jī)的三相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)坐標(biāo)變換理論，得到了它在兩相靜止坐標(biāo)系下和兩相同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)方程，在此基礎(chǔ)之上介紹了異步電機(jī)的矢量控制原理 【 14】 。對(duì)于各相繞組，它所交鏈的磁通是主磁通與漏磁通之和，因此 定子各相自感為 AA BB C C m ssL L L L L? ? ? ? (26) 轉(zhuǎn)子各相自感為： aa bb c c m srL L L L L? ? ? ? （ 27） 在假設(shè)氣息磁 通為正線分布的條件下，兩相繞組間的互感為： /2A B A C B C B A CA CB mL L L L L L L? ? ? ? ? ? ? (28) /2a b a c b c b a c a c b mL L L L L L L? ? ? ? ? ? ? (29) c osA a B b Cc a A b B c C