矢量控制作為一種先進(jìn)的控制策略，是在電機(jī)統(tǒng)一理論、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有先進(jìn)性、新穎性和實用性的特點(diǎn)。它是以交流電動機(jī)的雙軸理論為依據(jù)，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量：一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希Q為勵磁電流分量；另一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶看怪保Q為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，實現(xiàn)像直流電動機(jī)那樣對磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 分析了脈寬調(diào)制和矢量控制的原理與實現(xiàn)方法，從而建立了異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導(dǎo)了三相坐標(biāo)系、兩相靜止與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)基本方程和矢量控制基本公式。同時在進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結(jié)合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現(xiàn)方法，根據(jù)矢量控制的基本原理，設(shè)計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數(shù)據(jù)的交換，并能在一方失控時另一方立即產(chǎn)生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數(shù)據(jù)顯示以及電流、速度檢測和保護(hù)等功能，也對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護(hù)電路、電流和轉(zhuǎn)速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進(jìn)行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進(jìn)行了編程，并給出了相關(guān)的仿真波形。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文研究的調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實現(xiàn)了對電機(jī)的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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電氣化鐵道牽引網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電氣元件上具有特殊性，開展數(shù)學(xué)模型和電氣參數(shù)研究對掌握其電氣性能具有重要意義。 本文主要介紹了電氣化鐵道牽引網(wǎng)基波與諧波的模型建立與電氣參數(shù)計算。 借用電力系統(tǒng)中的成熟計算方法，并結(jié)合牽引網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和導(dǎo)線的特殊性，闡述了多導(dǎo)體傳輸線的串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納矩陣的計算方法，給出了計算實例。 各種供電方式的牽引網(wǎng)都可等效成多導(dǎo)體傳輸線的供電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的各種電氣參數(shù)均可視為串聯(lián)元件和并聯(lián)元件。牽引網(wǎng)的均勻多導(dǎo)體傳輸線采用等值Ⅱ型電路，對其它各種串聯(lián)與并聯(lián)元件也分別建模。 用C＃語言編制了牽引網(wǎng)模型仿真計算軟件，實現(xiàn)了諧波在牽引網(wǎng)中的分布計算。為計算程序設(shè)計了良好的人機(jī)界面，通過界面可以完成牽引網(wǎng)的參數(shù)輸入與外部數(shù)據(jù)讀取，計算結(jié)果再用.csv格式輸出。其中，詳細(xì)介紹了LU三角算法。 最后，結(jié)合京哈線薊縣南牽引變電所供電區(qū)段高次諧波諧振測試，分析了牽引網(wǎng)參數(shù)對高次諧波諧振的影響，說明了諧振的原因并給出了治理措施。利用程序進(jìn)行了仿真計算，驗證了程序的可用性。
上傳時間： 2013-07-23
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在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機(jī)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域正在取代直流電動機(jī)，交流傳動變得越來越經(jīng)濟(jì)和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動領(lǐng)域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重大的作用。永磁同步電動機(jī)以其特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領(lǐng)域。然而，永磁同步電動機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)動脈動，而對于這些應(yīng)用場合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，必須考慮其轉(zhuǎn)矩脈動的抑制問題。本文針對電機(jī)傳動系統(tǒng)中參數(shù)變化對電機(jī)性能的影響，以永磁同步電機(jī)為例，圍繞如何通過參數(shù)辨識來提高永磁同步電動機(jī)的控制性能，借助自行開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，對永磁同步電動機(jī)的磁場定向控制，參數(shù)辨識，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，抑制轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對通過參數(shù)辨識抑制轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)行了較為細(xì)致的分析。針對不同情況，通過改進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機(jī)的一般數(shù)學(xué)模型。經(jīng)坐標(biāo)變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相（d—q）坐標(biāo)系下永磁同步電動機(jī)電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。 2、分析了永磁同步電動機(jī)id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，推導(dǎo)并建立了id=0控制時整個電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應(yīng)控制原理，設(shè)計了一種模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，考慮電機(jī)參數(shù)的時變性，對永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識進(jìn)行了研究，以保持系統(tǒng)的動態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進(jìn)行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)性能，經(jīng)過訓(xùn)練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識提供了一個強(qiáng)有力的工具。本章針對永磁同步電機(jī)提出了一種以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，同時應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立和設(shè)計了負(fù)載轉(zhuǎn)矩擾動辨識的算法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了計算機(jī)仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為指導(dǎo)值和目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，具有跟蹤性能好和魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 5、電機(jī)的參數(shù)會隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進(jìn)行在線實時辨識。本文利用電機(jī)的定子電流、電壓和轉(zhuǎn)速，采用遞推最小二乘法進(jìn)行在線參數(shù)辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數(shù)辨識的耦合。電機(jī)狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項，對電機(jī)參數(shù)辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機(jī)狀態(tài)方程進(jìn)行狀態(tài)估計，得到電機(jī)的參數(shù)辨識值，本文采用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行狀態(tài)估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結(jié)果。 6、本文基于數(shù)字電機(jī)控制專用DSP自行開發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，通過軟件實現(xiàn)擴(kuò)展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結(jié)果，證明擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準(zhǔn)確的，由此構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。
標(biāo)簽： 電機(jī) 傳動系統(tǒng) 參數(shù)辨識
上傳時間： 2013-07-28
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能受到了廣泛應(yīng)用。采用SVPWM逆變器的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速參考值變化或者負(fù)載轉(zhuǎn)矩參考值變化的動態(tài)情況下，參考電壓矢量可能會超出基本空間矢量構(gòu)成的正六邊形，此時便出現(xiàn)動態(tài)過調(diào)制，需要用過調(diào)制策略將超出的電壓矢量重新限定在正六邊形邊界內(nèi)。不同的過調(diào)制策略會給整個系統(tǒng)帶來不同的動態(tài)性能，本文在對過調(diào)制策略進(jìn)行完善的基礎(chǔ)上，針對三種過調(diào)制策略對交流電動機(jī)動態(tài)性能的影響進(jìn)行了研究，并對其機(jī)理進(jìn)行了理論分析與探討。 @@ 本文首先以三相異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的動態(tài)方程為基礎(chǔ)，按照轉(zhuǎn)子磁鏈定向，設(shè)計了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，完成了勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦，并構(gòu)建了基于SVPWM的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，電流控制對系統(tǒng)性能具有重要影響。為了改善系統(tǒng)性能，所設(shè)計的矢量控制系統(tǒng)采用了同步電流控制，并對反電勢進(jìn)行了前饋補(bǔ)償。 @@ 在分析了現(xiàn)有的三種過調(diào)制策略之后，對過調(diào)制策略進(jìn)行了完善，并構(gòu)建了異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的過調(diào)制仿真模型。過調(diào)制中，當(dāng)原參考電壓矢量位于正六邊形中任意兩個扇區(qū)交界附近時，過調(diào)制策略2和3所得到的新電壓矢量仍會超出正六邊形邊界，過調(diào)制算法不再適用于此區(qū)域。針對以上不足，本文對過調(diào)制策略2和3進(jìn)行了完善，使過調(diào)制算法適用于所有區(qū)域。采用完善后的過調(diào)制策略對轉(zhuǎn)速參考值變化和負(fù)載轉(zhuǎn)矩參考值變化的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)在加速與加載的條件下，過調(diào)制策略2的動態(tài)性能好于過調(diào)制策略1，而過調(diào)制策略3的動態(tài)性能最佳，具有最小的動態(tài)響應(yīng)時間，暫態(tài)性能優(yōu)良；在減載的條件下，過調(diào)制策略1和2能夠很快的進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，但是過調(diào)制策略3卻出現(xiàn)問題，動態(tài)響應(yīng)時間很長，說明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探討了三種過調(diào)制策略導(dǎo)致不同動態(tài)性能的內(nèi)在機(jī)理，通過對三種過調(diào)制策略中電壓矢量的幅值和相位進(jìn)行分析，理論上解釋了出現(xiàn)不同動態(tài)響應(yīng)時間的原因。出現(xiàn)過調(diào)制時，過調(diào)制策略2中新電壓矢量的幅值總是大于過調(diào)制策略1中新電壓矢量的幅值，所以動態(tài)性能更好。在加速和加 載條件下，過調(diào)制策略3中新電壓矢量的相位總是超前于過調(diào)制策略1和2中新電壓矢量的相位，因此可以獲得更快的動態(tài)響應(yīng)，暫態(tài)性能更佳。但是在減載條件下，過調(diào)制策略3中新電壓矢量與原電壓矢量間的相位關(guān)系處于無規(guī)律的超前滯后狀態(tài)，導(dǎo)致過調(diào)制策略3出現(xiàn)問題，動態(tài)響應(yīng)時間很長，說明此過調(diào)制策略有其不足之處，有待于改進(jìn)。@@關(guān)鍵詞：SVPWM；矢量控制；過調(diào)制；動態(tài)性能
上傳時間： 2013-06-27
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應(yīng)用，而其控制策略和電路拓?fù)涞纫殉蔀榱搜芯繜狳c(diǎn)。相對傳統(tǒng)的兩電平逆變器，它具有效率高動態(tài)性能好，對電動機(jī)產(chǎn)生的諧波少，適合高壓大容量等優(yōu)點(diǎn)。但隨著電平數(shù)的增加，基本控制算法越來越復(fù)雜，同時還存在中點(diǎn)電壓不平衡等問題。將DSP數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于多電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件控制電路，提高了系統(tǒng)性能，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進(jìn)行了深入的分析，在開關(guān)函數(shù)的基礎(chǔ)上建立了三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，對空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）算法進(jìn)行了改進(jìn)，并詳細(xì)推導(dǎo)了該調(diào)制算法的計算公式，結(jié)合中點(diǎn)電位控制來確定開關(guān)矢量的作用順序，使仿真和實現(xiàn)都比較容易。然后重點(diǎn)分析了三電平逆變器直流側(cè)電容電壓不平衡問題產(chǎn)生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側(cè)電容中點(diǎn)電位平衡的電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導(dǎo)的三電平逆變器SVPWM調(diào)制算法和中點(diǎn)電位平衡控制方法進(jìn)行了仿真分析，證明了該調(diào)制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
上傳用戶：PresidentHuang
繞組勵磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)大功率場合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機(jī)的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，在交流傳動領(lǐng)域中，越來越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無論在國內(nèi)還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對繞組勵磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論探討，并進(jìn)行了詳細(xì)的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅實的基礎(chǔ)。本論文主要研究內(nèi)容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻(xiàn)，對幾種常見的同步電機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，分析了同步電機(jī)變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無傳感器技術(shù)在同步電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉(zhuǎn)子初始位置的估計進(jìn)行了綜述，其方法有：基于電機(jī)定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機(jī)矢量控制的理論進(jìn)行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號，將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運(yùn)動方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計。忽略同步電機(jī)d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機(jī)αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計磁通觀測器來估計轉(zhuǎn)子磁通，實現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉(zhuǎn)子磁通分量進(jìn)行重構(gòu)，并通過極點(diǎn)配置算法，合理配置觀測器的極點(diǎn)，使觀測器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達(dá)到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個開關(guān)矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關(guān)矢量的作用時間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實現(xiàn)了SVPWM。實驗結(jié)果表明，該算法簡單易實現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運(yùn)行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。 @@ 空間矢量過調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過調(diào)制方法。過調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后交流調(diào)速領(lǐng)域中新興的控制技術(shù)，它采用空間矢量的分析方法，在定子坐標(biāo)系下計算并控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。比較于矢量控制，它省去了復(fù)雜的矢量變換，克服了對電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)的依賴性，具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。然而，異步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)矩、電流和磁鏈脈動較大，開關(guān)頻率不恒定的問題。本文在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其存在的缺點(diǎn)提出了基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略。 這種新型的直接轉(zhuǎn)矩控制策略使空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相結(jié)合。把電動機(jī)和PWM逆變器看成一體，使電動機(jī)獲得賦值恒定的近似理想的圓形磁場，解決其轉(zhuǎn)矩、電流、磁鏈脈動大，開關(guān)頻率不恒定的問題。在論文撰寫的過程中做了如下工作： 根據(jù)電機(jī)原理和坐標(biāo)變換理論，建立定子正交α—β兩相靜止坐標(biāo)系下的異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，包括電機(jī)的磁鏈模型、轉(zhuǎn)矩模型和運(yùn)動方程。 設(shè)計PI控制器，該控制器把轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差信號轉(zhuǎn)換成參考電壓，然后通過坐標(biāo)變換把參考電壓變換成SVPWM模塊所需的指令電壓，對SVPWM模塊進(jìn)行控制。 設(shè)計SVPWM控制模塊，其中設(shè)計了期望電壓空間矢量的合成方法，矢量區(qū)段的判斷，計算了開關(guān)器件的導(dǎo)通時間和時刻。 通過理論分析和設(shè)計各個模塊，組成了控制系統(tǒng)逆變器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通過設(shè)置合理的仿真參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、給定量參數(shù)以及PI控制器的控制參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，從而在理論上驗證系統(tǒng)設(shè)計的正確性。 仿真實驗結(jié)果證明了這種基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法可以有效改善直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能。減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動，并使逆變器工作在恒定的開關(guān)頻率。最后總結(jié)論文所做的研究工作，并展望了今后的研究重點(diǎn)和方向。
標(biāo)簽： SVPWM 異步電動機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機(jī)研究的熱點(diǎn)。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機(jī)無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機(jī)是一個強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機(jī)方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機(jī)實際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎(chǔ)，以永磁同步電機(jī)為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設(shè)計了電機(jī)狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計方案。整個方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過檢測電機(jī)相電流，實時估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實踐，應(yīng)用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時間： 2013-04-24
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作為新一代直流輸電技術(shù)，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)取得了飛速的發(fā)展，并已在新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)非同步互聯(lián)、無源系統(tǒng)供電、無功補(bǔ)償?shù)葓龊系玫綄嶋H工程應(yīng)用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術(shù)的數(shù)學(xué)建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下： 1．建立了系統(tǒng)標(biāo)么值模型，分析了VSC-HVDC的運(yùn)行原理和穩(wěn)態(tài)功率特性。明確了系統(tǒng)主電路參數(shù)對運(yùn)行特性的影響，在此基礎(chǔ)上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數(shù)設(shè)計方法。 2．設(shè)計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統(tǒng)存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現(xiàn)象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應(yīng)的解決方法，推導(dǎo)了其電流內(nèi)環(huán)控制器與功率外環(huán)離散控制器的設(shè)計原則。 3．推導(dǎo)了換流站網(wǎng)側(cè)與VSC交流側(cè)功率節(jié)點(diǎn)以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎(chǔ)上提出了一種換流站網(wǎng)側(cè)功率節(jié)點(diǎn)控制并補(bǔ)償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設(shè)計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統(tǒng)dq軟件鎖相環(huán)在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點(diǎn)，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應(yīng)dq鎖相環(huán)，提高了不平衡控制算法的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)特性。 4．對VSC閥在交流電網(wǎng)低電壓故障下的過流現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出了一種考慮正負(fù)序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎(chǔ)上提出一種結(jié)合正負(fù)序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網(wǎng)低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網(wǎng)低電壓故障時系統(tǒng)穩(wěn)定與VSC過流問題。 5．在分析現(xiàn)有VSC-HVDC拓?fù)涞幕A(chǔ)上，從降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關(guān)頻率和簡化主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三個方面出發(fā)，將傳統(tǒng)直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結(jié)構(gòu)引入VSC-HVDC系統(tǒng)，并針對該模塊級聯(lián)式拓?fù)涮岢鲆环N系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與模塊獨(dú)立運(yùn)行相結(jié)合的新型控制策略。針對該拓?fù)湎滤投苏敬嬖诘母髂K直流側(cè)電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調(diào)節(jié)的直流側(cè)電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)作為一種典型的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，能同時或選擇地控制線路的基本參數(shù)(電壓、阻抗、相角)，也可交替地控制線路上的有功和無功潮流，還可獨(dú)立地提供可控的并聯(lián)無功補(bǔ)償。因此UPFC被認(rèn)為是最有創(chuàng)造性，功能最強(qiáng)大的FACTS元件。 首先，本文詳細(xì)分析了統(tǒng)一潮流控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。采用開關(guān)函數(shù)法建立了電壓源型變流器的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)了統(tǒng)一潮流控制器在abc三相坐標(biāo)系和dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，該模型考慮到直流環(huán)節(jié)電容儲能的動態(tài)變化過程，從而使其更適合于系統(tǒng)的動態(tài)特性分析。本文討論的UPFC控制采用基于兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的非線性解耦控制方案，在UPFC的精確模型下具有可快速跟蹤給定值的優(yōu)點(diǎn)，且在dq坐標(biāo)系下可以實現(xiàn)有功和無功功率的獨(dú)立控制；在電容電壓PI調(diào)節(jié)中加入電流反饋，使其更接近真實值。 其次，本論文在分析UPFC數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了UPFC在MATLAB平臺上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相環(huán)形電力系統(tǒng)，將UPFC模型應(yīng)用到該系統(tǒng)中，著重研究了UPFC對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。首先研究了UPFC對故障系統(tǒng)中電網(wǎng)功率的影響以及UPFC對提高故障系統(tǒng)功率穩(wěn)定性的作用；同時，對UPFC能夠抑制無故障系統(tǒng)中系統(tǒng)接入電網(wǎng)時的功率沖擊進(jìn)行了研究。最后，通過仿真波形研究了UPFC對電網(wǎng)故障中電壓跌落的補(bǔ)償作用以及UPFC對正常系統(tǒng)電壓的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，UPFC可以保持故障中的系統(tǒng)電壓為正弦波。
上傳時間： 2013-04-24
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