EKF的感應電機無傳感器MRFAC控制器設計

介紹80c196mc單片機的智能軟啟動控制器,利用其強大的功能實現對感應電機軟啟動的高精度控制。通過單片機檢測電壓、電流的過零點,依此計算出實際功率因數角,并與設定的最佳功率因數角進行比較,及時輸出觸發(fā)脈沖,實時調節(jié)電機的電壓,達到無沖擊啟動和節(jié)能的目的。試驗證明系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能。

感應電機轉子磁鏈觀測是磁場定向系統(tǒng)控制中的關鍵步驟,然而電機在低速運行時定子電阻不確定性及轉子轉速變化對轉子磁鏈觀測準確性有很大的影響。采用線性變參數多胞輸出反饋控制器設計理論,提出一種新的轉子磁鏈觀測方法。引入多胞技術,設計包含極點配置的隨變參數自調整的輸出反饋控制器。將感應電動機作為線性變參數系統(tǒng),轉子轉速與定子電阻作為系統(tǒng)的變參數,設計系統(tǒng)控制器即轉子磁鏈觀測器。利用魯棒控制理論,通過求解線性矩陣不等式組,實現滿足魯棒穩(wěn)定性能和動態(tài)特性轉子磁鏈觀測器。仿真結果驗證此觀測器的正確性,磁鏈觀測的水平有了較大的提高。

感應電機是異步電機的一種。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。由于現在異步電機主要是感應電機,所以現在也有人直接在定義時候將異步電機定義為感應電機。感應電機具有結構簡單,制造方便,價格便宜,運行方便等特點。電機的設計對于一個感應電機的性能和參數有著極其重要的影響。掌握感應電機的設計構造知識,有助于我們日后對感應電機控制技術的更深入研究。

針對系統(tǒng)模型不確定性和干擾對矢量控制性能的影響,利用q-參數化理論設計控制器,設計了一種簡單有效的感應電機速度控制策略。該速度控制器由魯棒轉子磁鏈估計器(rrfe)以及參考模型跟蹤控制器(rmtc)兩個部分構成。rrfe主要用于轉子磁鏈估計,以確保轉子磁鏈獲得快速準確的定向,而rmtc則在電機參數發(fā)生變化和出現干擾的情況下,獲得磁鏈和轉速的漸進跟蹤性能。仿真試驗結果表明,干擾得到有效抑制,系統(tǒng)具有較好調速性能。

從擴展卡爾曼濾波算法原理入手,利用定子側可測量的電流、電壓,推導出一種新的無轉速傳感器的電機轉速、磁鏈狀態(tài)觀測模型,估算出電機的轉速和定子磁鏈。仿真結果表明這種方法能有效地解決磁鏈和轉矩的脈動問題,從而實現電機高性能的控制。

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AC感應電機(ACIM)概述

1 第五章感應電機 一、填空 1.如果感應電機運行時轉差率為s，則電磁功率，機械功率和轉子銅耗之間的比例是 2:p:ecupp=。 2.★當三相感應電動機定子繞組接于hz50的電源上作電動機運行時，定子電流的頻率 為，定子繞組感應電勢的頻率為，如轉差率為s，此時轉子繞組感 應電勢的頻率，轉子電流的頻率為。 3.三相感應電動機，如使起動轉矩到達最大，此時ms=,轉子總電阻值約為 。 4.★感應電動機起動時，轉差率s，此時轉子電流2i的值， 2cos,主磁通比，正常運行時要，因此起動轉 矩。 5.★一臺三相八極感應電動機的電網頻率hz50，空載運行時轉速為735轉/分，此時轉 差率為，轉子電勢的頻率為。當轉差率為0.04時，轉子的轉速 為，轉子的電勢頻率為。 6.三相

感應電機例題 1.設有一50hz,三相4極異步電機，請?zhí)顫M下表 (/min)nr15401470—600 s10 2()fhz 工作狀態(tài) 2.有一臺50hz,三相四極感應電動機，正常運行時轉子的轉差率5%s，試求：1）.此時 轉子電流的頻率；2）轉子磁勢相對于轉子的轉速；3）.轉子磁勢在空間（相對于定子）的 轉速； 解：1）.轉子電流的頻率210.05502.5fsfhzhz 2.）轉子磁勢相對于轉子的轉速（和同步轉速同方向） 2 2 60602.5 /min75/min 2 f nrr p 3）由于轉子轉速1(1)1500(10.05)/min1425/minnnsrr，所以轉子磁勢在空 間的轉速為2(142575)/min1500/minnnrr

感應電機

基于無源性的基本思想,選取定子磁通幅值作為系統(tǒng)的磁通控制目標,并借鑒間接定子磁場定向的控制方法,構建了一種新的基于定子磁場定向的感應電機(inductionmotor,簡稱im)無源性控制器(pacivebasedcontrol,簡稱pbc)。該控制器保留了im無源性控制器優(yōu)點,證明im無源性控制器以定子磁通作為系統(tǒng)控制目標的設計方法是可行的,擴展了無源性控制器設計方法的應用領域。仿真和實驗結果證明,該控制器是穩(wěn)定且有效的。

在分析感應電機數學模型的基礎上,針對感應電機矢量控制系統(tǒng)的速度環(huán)、磁鏈環(huán)、電流環(huán)對誤差響應的不同要求分別設計了三種控制器。其中速度環(huán)控制器的設計目標是增強系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能,以及對負載擾動的魯棒性。磁鏈環(huán)設計思路是最大程度增強被控量的響應速度。以上兩者分別采用滑模線不同的滑模控制器。電流環(huán)采用pi控制器加前饋解耦的設計,能增強電流環(huán)本身的動態(tài)響應,并且能有效加快速度響應。仿真表明,三種設計思路能夠在同一矢量控制系統(tǒng)中實現穩(wěn)定工作,并且各自達到了設計目標。

基于靜止d-q坐標系下的感應電機數學模型,在參數不能確定的情況下,通過位置、速度、磁鏈和線圈電流信號,采用非線性反步法設計了感應電機的自適應位置控制器,該控制器不依賴于電機參數?；趍atlab/simulink仿真平臺,建立感應電機位置控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結果表明:用該方法設計的控制器得到的位置跟蹤誤差迅速漸近趨于零,達到了較好的位置控制性能。

利用lyapunov穩(wěn)定性理論推導出了速度控制律,從而保證了整個過程的漸進穩(wěn)定。為克服速度控制律受系統(tǒng)未知不確定性上界的影響,減少滑摸抖動,設計了一模糊控制滑模器。整個系統(tǒng)所需的磁通是利用一滑模模型參考自適應(mras)速度辨識器來獲得。仿真和實驗表明,提出的滑模速度控制器在整個控制過程中對系統(tǒng)的不確定性具有較好的魯棒性。

針對感應電機無速度傳感器間接磁場定向控制系統(tǒng),利用感應電機的時變參數模型的降階處理,提出了一種非線性魯棒高增益觀測器,這一觀測器只需要電機的定子電壓和電流,能同時觀測電機的狀態(tài)量和轉子時間常數等參數,魯棒性好,計算量少,易于適時在線實現。為減少系統(tǒng)在啟動階段的超調,提出了一種變增益的pi速度控制器,該方法簡單,不但能實現pid參數的在線調整,而且工程實現簡單。仿真和試驗驗證了本方案的可行性。

針對傳統(tǒng)滑?？刂葡到y(tǒng)中擾動信號的臨界值難獲得且計算量大的問題,提出了一種新型的自適應滑模增益的感應電機矢量控制技術,以便對感應電機進行快速準確調速.這種方法不需要大量的計算,消弱了對于各種擾動信號邊界的依賴,實現了滑模增益隨系統(tǒng)中的電機參數和負載轉矩的擾動而進行自動調整的目的.并利用李亞普諾夫穩(wěn)定定理,證明了該調速控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性.matlabsimulink仿真結果表明:自適應滑模增益的變結構控制方法對于電機參數和負載轉矩的不確定性均能呈現很好的調速性能,計算量小,魯棒性好.

基于有限拍方法設計了一種自適應矢量控制感應電機的電流控制器.通過差分消去電機模型中的反電動勢,利用補償電壓進一步消除電流誤差.針對電流控制器對電機參數變化敏感的問題,對電機參數進行在線辨識,保證控制器參數與電機的實際參數一致.仿真結果表明,定子電流在參數變化時能夠實現對參考電流的快速跟蹤,同時能獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能.

感應電機(im)的動力學特性是一個高階、非線性、強耦合的系統(tǒng),采用傳統(tǒng)的pid控制方法進行控制,難以達到理想的控制效果。采用模糊控制理論與常規(guī)pid控制相結合組成模糊pid控制器,應用模糊算法在線自動整定pid參數的方法,并將其應用于感應電機調速控制系統(tǒng)。仿真與試驗結果表明,該模糊pid控制的效果明顯優(yōu)于常規(guī)pid控制和模糊控制,具有無超調、響應快、魯棒性強等特點,從而驗證所用控制方法的可行性。

為了提高感應電機效率,研究一種高效永磁感應電機。在分析永磁感應電機結構和工作原理的基礎上,采用同步旋轉坐標系建立永磁感應電機的數學模型。對永磁感應電機的穩(wěn)態(tài)功率特性進行深入分析,研究定子磁鏈在不同扇區(qū)時,電壓矢量對電機有功功率與無功功率的影響,從而得到了適用于永磁感應電機直接功率控制的矢量開關表,提出適用于該電機的直接功率控制策略。最后通過仿真驗證了所提控制方法的有效性與正確性。永磁感應電機直接功率控制以零無功功率為控制目標,在不影響有功功率輸出的前提下,把無功功率限制在零附近波動,從而提高了電機運行的效率和功率因數。

感應電機的結構和運行狀態(tài) 一、感應電機的結構 感應電機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵心是主磁路的一部分。為 了減少激磁電流和旋轉磁場在鐵心中產生的渦流和磁滯損耗，鐵心由厚0.5mm、的硅鋼片疊 成。容量較大的電動機，硅鋼片兩面涂以絕緣漆作為片間絕緣。小型定子鐵心用硅鋼片疊裝、 壓緊成為一個整體后固定在機座內；中型和大型定子鐵心由扇形沖片拼成.在定子鐵心內圓， 均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。小型感應電機通常采用半閉口槽和由高 強度漆包線繞成的單層(散下式)繞組，線圈與鐵心之間墊有槽絕緣。半閉口槽可以減少主磁 路的磁阻，使激磁電流減少，但嵌線較不方便。中型感應電機通常采用半開口槽。大型高壓 感應電機都用開口槽．以便于嵌線。為了得到較好的電磁性能，中、大型感應電機都采用雙 層短距繞組。 轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵

第5章感應電機 (2)

第5章感應電機