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交流驱动系统模型参考自适应控制技术
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摘要
在电气传动领域,高性能的交流调速系统已经全面取代了直流系统。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展,交流电机驱动控制技术也得到飞速的发展。现代交流传动控制系统总的发展趋势是智能化、模块化、数字化和高频化。电机控制技术进入了以现代控制理论的应用为特征的新的发展阶段。本文的主要研究工作就是针对模型参考自适应技术在电机控制领域的应用开展的。
     首先本文系统总结了感应电机数学模型状态空间方程的各种形式,基于该状态空间方程设计了在Matlab/Simulink环境下的S函数感应电机仿真模型。
     接着本文对感应电机的自适应磁链观测模型进行了分析,并且提出了一种简化的反馈矩阵计算方法。该算法虽然只能调节2个系统极点的位置,但是计算复杂度大大降低了,有利于实际应用。
     对于转速辨识方法,本文首先介绍了常见的速度推算方法和PID调节器转速估计方法。基于MRAS的转速辨识方法是一种高性能、中等复杂度的转速估计方法,是公认的最有前途的转速估计方法。本文对该算法的稳定性进行了理论和仿真证明。本文还基于非线性间接控制系统的绝对稳定性理论提出了一种转速估计算法的设计理论,可以设计任意多种形式的转速辨识方法,并且指出基于MRAS的转速辨识方法实际上是这个理论的一种最优化实现。
     感应电机的参数辨识包括参数自整定和转子时间常数在线补偿两方面内容。对于参数自整定,本文介绍了基于空载、堵转试验法测电机参数的算法和基于预测输出二次型最优的参数搜索算法,对后者进行了仿真。本文还把MRAS方法推广到参数在线辨识上来,提出了基于MRAS的转子时间常数在线辨识新方法。理论分析表明该方法具有李雅普诺夫稳定性,仿真证明了该方法的有效性。与转速辨识相似,本文也应用非线性间接控制绝对稳定性理论对上述算法进行了稳定性分析。本文还提出了基于MRAS同时估计参数和转速的方法,对该方法的有效性进行了理论分析和仿真研究。
     最后本文设计了基于DSP56F805和IPM的交流传动控制试验平台,详细讨论了常见控制方法的软件设计思路和相关的实验结果。
High performance AC drivers have taken the place of DC drivers in most of the electrical drive applications. The induction motor drivers have acquired a great improvement with the great progress of Power Electric, IC design and IT technology. The development trend of AC drivers was to be more intelligent, easy modularization, full digital and higher switch frequency. Applying modern control theory in induction motor drivers has came to be the trait of current developed systems. So the MRAS technology in induction motor drivers has been the focus of this paper.The state space equations of induction motor was systemically summarized in this paper, and then a simulation model was designed based on the state space equations under the Matlab/Simulink environment using S function block.A new simplified feedback matrix design method has been proposed in this paper for the adaptive flux observer of induction motor, although the method can reposition only two poles of the system, but the decrease demand on calculation ability make it very easy to be used.The frequently used speed estimation scheme such as speed-calculate and PID controller methods was also been briefly introduced by this paper. The MRAS based speed estimation was widely considered as the brightest outlook among high performance speed estimation schemes, because of its medium calculation ability requirement and very high precision. A new theory to design speed estimation arithmetic base on the absolutely stability theory of nonlinear system has been proposed by this paper. The MRAS based speed estimation can be explained as a optimize implement of the mentioned theory.The parameter estimation was comprised with two sides: self-recognizing and on-line parameter compensation. As to the former, this paper present a parameter estimation based on the optimize method of the standard quadratic criterion of predicted output. By extending the MRAS theory to parameter estimation, a new online estimation method for the rotor time-constant based on MRAS was presented in this paper. Theory analysis demonstrates the method has a stability of LIYAPUNOV, and its efficiency has been proved through the simulation results. Similar to the speed estimation,
    
    
    absolutely stability theory of nonlinear system can also be used in the stability analysis of parameter estimation.A new simultaneous estimation method of induction machine parameters and velocity has been designed by compounding the speed and parameter estimation based on MARS.Finally an experimental platform of AC motor driver has been established by this research with DSP56F805-a chip intending to be used in motor drivers as its CPU. The ideas of different AC motor control methods programming was discussed and experimented on this platform.
引文
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