【正文】 如 圖 23所示，其中，靜止坐標系的兩相交流分量和旋轉坐標系的兩個直流分量產生同樣大小的同步旋轉磁動勢。將方程 (28)(212)帶入式 (24)，即可得到磁鏈方程。 異步電機的數學模型 由 于異步電機矢量控制調速系統(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。 神經網絡法 近年來隨著智能控制的理論的發(fā)展，人工神經網絡的方法也被利用率實現速度估計，人工神經網絡因其具有自適應、自學習本質，對不確定的復雜問題表現出很強的控制能力，因此被廣泛應用于非線性控制領域，而異步電機轉速估計正式這樣一類問題，因而近年來出現了相當多的用神經網絡做異步電機轉速估計的研究。一般在速度計算的同時需要進行電機參數的 辨識和誤差校正，才能得到較好的轉速估計結果。本文實驗部分就是采用 F243 作為控制器運算核心。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，但是當需要大量數據計算處理或浮點運算，對快速性要求較高時，則能力不足。 BJT 的很多特征和PMOSFET 相反，其主要缺點是開關期間可能發(fā)生局部過熱的二次擊穿，使器件損壞，其開關頻率低于 5kHz，因此噪聲較大。 電力電子器件 和微處理器的發(fā)展 在現代電機控制系統(tǒng)中，無論是直流電機控制還是交流調速系統(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。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速估計和磁鏈觀測。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書 本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。其優(yōu)點是調速范圍寬、靜差小、穩(wěn)定性好、易于實現速度調節(jié)和轉矩控制，具有良好的動態(tài)性能等。 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，標志著現代電力電子技術的開端。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。C20xx 平臺，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 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。 課題研究的主要內容和結構安排 通過上面幾種控制方案的比較，轉子磁場定向控制方案具有較高的性能和實用價值，使交流調速系統(tǒng)的性 能產生了質的飛躍。 無論三相異步電動機轉子繞組為繞線型還是籠型，均將它等效為繞線轉子 ，并將轉子參數換算到定子側，換算后的每相繞組匝數都相等。上節(jié)中得到的異步電機動態(tài)數學模型非常復雜，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，要畫出清晰的結構圖也并不容易。 異步電機在兩相同步旋轉坐標系的數學模型 兩相旋轉坐標系以同步 轉 速旋轉，經過 3s/2r 變換，就得到了異步電機在任意兩相同步旋轉坐標系上的數學模型 : （ 1) 電壓方程 (224) 式中： 1? 表示定子的同步角頻率， s? 表示轉差角頻率 （ 2） 磁鏈方程 （ 225） （ 3） 電磁轉矩方程 ()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，接下來的基于轉子磁場定向的矢量控制都要依據這些方程式。兩相繞組的軸線分別為 ? 、 ? ，空間位置相差 90? ，構成 ? 、 ? 兩相靜止坐標系 (? 坐標軸逆時針超前 ?坐標軸 90? )。 異步電機在三相靜止坐標系下的數學模型 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，三相轉子繞組折算到定子側的電壓方程 (22) 式中： , , , , ,A B C a b cu u u u u u為定子和轉子相電壓的瞬時值； , , , , ,A B C a b ci i i i i i 為定子和轉子相電流的瞬時值； , , , , ,A B C a b c? ? ? ? ? ? 為定子和轉子相磁鏈的瞬時值； ,srRR 為定子和轉子電阻。 第四章 通過 Matlab/simulink 軟件建立了基于 MRAS 轉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。 在矢量控制系統(tǒng)中，轉子時間常數對系統(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子磁鏈和時間常數的方法，作者從電機的數學模型出發(fā)，推導出以轉子磁鏈和時間常數為狀態(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。同步轉速和轉差轉速均可在已實現磁場定向控制的前提下利用穩(wěn)態(tài)公式得到。 24x 內部具有一個“事件管理器”，包括定時器、比較單元以及 PWM 產生電路，可以根據需要產生 6路互補的、帶死區(qū)控制的 PWM 信號。 在現代交流調速系統(tǒng)中，由模擬電子電路構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 大量數據計算的需要，由微處理器為核心的數字控制已經成為交流調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)導通不能控制關斷，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。交流調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速系統(tǒng)相匹敵。按轉子磁鏈定向使交流調速系統(tǒng)的性能產生了質的飛躍。采用坐標變換的方式將三相靜止坐標系變?yōu)閮上嗤叫D坐標系，可以實現定子電流的解耦，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，達到直流電機的控制效果。另一類調速方法是調解電機旋轉磁場的同步速度，只是一種高效的調速方法，即通過變頻來實現。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，又推動了新一代電機控制系統(tǒng)的產生，成為現代電機控制技術發(fā)展的先鋒 【 5】 。其內部集成了驅動和保護電路，使硬件電路設計和開發(fā)變得簡單可靠。 39。其中一種是利用同步轉速減去轉差轉速得到電機的轉子速度 【 8】 。按照系統(tǒng)辨識的方法，對非線性方程進行狀態(tài)估計的有效方法是擴展卡爾曼濾波算 法，因此人們自然想到利用卡爾曼濾波來估計轉速和磁鏈的方法。 第三章 介紹了基于電流模型和電壓模型的兩種磁鏈估計方法，并對無速度傳感器技術進行研究，在帶速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的基礎上，以模型參考自適應的理論出發(fā)，建立了速度辨識方案的數學模型，并對其進行了穩(wěn)定性證明。這樣，我們可以得到異步電機在三相靜止坐標系下的 電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程和運動方程。 1. 3/2 變換 (Clark 變換 ) 由電機學原理可知，交流電機三相對稱的靜止繞組 A、 B、 C，通以三相平衡的正弦電流 Ai 、 Bi 、 Ci 時，產生的合成磁動勢是旋轉磁動勢 F，且以同步轉速 1? 旋轉。 異步電機矢量控制 矢量控制 (vector control)理論，是在 20 世紀 70 年代初由美國學者和德國學者各自提出的，以后在實踐中經過改進，形成了現在普遍采用的矢量控制方法，矢量控制的基本思想是：按照旋轉磁場等效的原則，通過一系列的坐標變換 (矢量變換 )，把定子電流分解成互相垂直的勵磁分量和轉矩分量，在交流調速系統(tǒng)中，如果能保持勵磁分量不變，控制轉矩分量，就可以像控制直流電機那樣控制交流電機了。采用坐標變換的方法可以使變換后的數學模型容易處理一些，有利于異步電機的分析和控制。這樣異步電機數模型等效電路如圖 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 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 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)，改善估計性能，但同時帶來了磁鏈估計的相移偏差，為了平衡這一偏差，同樣在可調模型中引入相同的濾波環(huán)節(jié)，經過改進后的算法，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 【 6】【 7】 的研究顯得更為迫切，成為研究的熱點。C2xLP 為運算內核，它將高性能的 CPU 和眾多外設接口集成在一個芯片內。 由于各種開關器件的工作原理不同，它們所能承受的開關功率和開關頻率也不一樣，一般來說，開關頻率越高的器件，允許的開關功率就越小， 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)導通不能控制關斷的半控型器件 (如晶閘 管 )，到可以控制導通和關斷的全控型器件 。但由于直流電動機采用機械接觸式換向器，結構復雜、制造費時、價格高、易于磨損、維護麻煩，并且難向高轉速、高電壓、大容量發(fā)展，這就限制了直流電動機的應用。本人授權青島農業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計）。由于電機在運行過程中的參數會發(fā)生變化，必須保證磁鏈和轉速估計的準確性，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。由于坐標變換后的電機模型考慮了瞬態(tài)的情況，不僅可以較準確地控制電機的穩(wěn)態(tài)性能，而且也能保證實現良好的動態(tài)性能，為交流變頻調速系統(tǒng)的高性能化奠定了強有力的理論基礎，一直被認為天經地義的交流拖動的分工格局被逐漸打破，高性能交流調速系統(tǒng)應用的比重逐年上升。其缺點是導通壓降大，只適用于高頻小功率的應用場合。 早期用于電機控制的微處理器是各種類型的單片機，如 Intel 公司的 51 系列和 1%系列單片機，都得到了廣泛應用，特別是 80C 196MC 具有片內波形發(fā)生器 (WFG)，可產生 3對獨立的 PWM 信號，適合于交流感應電機控制，在一般的變頻器中很多采用這種單片機。24x 特別適合于交流調速控制。但該方法的缺陷也很明顯：計算過程中用到了大量電機參數，因此該方法完全依賴電機參數的準確性和磁鏈的觀測精度，如果電機運動過程中某個參數發(fā)生明顯變化，得到的速度將會遠遠偏離真實轉速，所以難以保證系統(tǒng)的抗干擾性，甚至可能出現不穩(wěn)定的情況。在利用高速處理能力的 DSP 情況下，稍微復雜一點 的計算不再是問題，這樣會使準確性提高。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 第 7 頁 ABCabcAuBuCuAiBiCiaubucuaibici??02 異步電機的矢量控制理論 本章首先闡述異步電動機的三相坐標系下的數學模型，然后根據坐標變換理論，得到了它在兩相靜止坐標系下和兩相同步坐標系下的數學方程，在此基礎之上介紹了異步電機的矢量控制原理 【 14】 。對于各相繞組，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) 轉子各相自感為： aa bb c c m srL L L L L? ? ? ? （ 27） 在假設氣息磁 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