毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1.异步电机磁场跟踪控制器设计课题背景与意义
近年来，异步电机的无速度传感器矢量控制成为研究热点。研究人员提出了各种控制方法[13]。其中研究较多的是高频信号注入法，利用注入的高频定子电压信号产生的电流响应来估计转子位置。这些基于高频信号注入的方法都利用了异步电机的非理想特性，如转子凸极、齿槽效应及饱和效应等。但是，这些基于高频信号注入的方法存在一个共同的缺点，即高频响应信号常常与其他高频谐波混合在一起，较难分离。需要采用复杂的信号处理方法获得所需高频响应信号，从而降低了系统响应速度，增加了控制系统的复杂性。此外，由于基于高频信号注入的方法利用了异步电机的非理想特性，因此受电机结构影响较大，缺乏一定的通用性。 为避免上述高频信号注入法所固有的各种问题，本文提出了一种基于低频信号注入的方法。该方法将文献[8]高频谐波信号变为低频谐波信号，通过注入低频d轴定子电流信号，利用产生的角度误差估计电机转速。该方法仅利用异步电机的基波模型，不依赖各种非理想特性，所以不受异步电机结构影响，具有普遍的适用性。此外，该方法所需低频响应信号容易分离，消除了高频信号注入法信号分离难的缺点，而且对电机参数具有较强的鲁棒性，无须进行参数估计，使得控制系统结构相对简单。本设计提出的基于低频信号注入的方法可以很好地实现极低速段异步电机无速度传感器矢量控制[6]。
基于理想数学模型的磁场定向控制器容易受到电机参数变化、信号检测误差等影响而造成电机定向磁场方向偏离实际磁场方向，为了提高电机的驱动性能，需要对偏差角度进行修正[10-12]。在基于转子磁场定向的无速度传感器矢量控制系统中，利用电机稳态电压方程推导出同步角速度来获取电机磁场位置信息既简单又可节约成本。针对瞬态过程该计算不够准确的缺点，本文提出一种通过电流注入来获取磁场角度实际值与估算值之间误差的方法。向估算磁场方向注入一定频率与幅值的正弦电流，当磁场角度估算值偏离实际值时，根据电机的机械特性及电磁关系, 电机的反电动势信号中含有一个与角度误差有关的分量，提取该分量并设计一种磁场跟踪控制器来有效地对该误差进行补偿使得估算磁场位置能够快速地跟踪电机实际磁场[15]。将该方法用于无速度传感器矢量控制系统中进行低速仿真实验，结果表明有比较好的控制效果，有一定的应用前景[7]。
2.异步电机磁场跟踪控制器设计国内外研究现状的介绍以及应用
目前对于异步电机的无速度传感器矢量控制的研究方法有高频信号注入法、低频注入法等[14]。高频注入法利用注入的高频定子电压信号产生的电流响应来估计转子位置，要注入的高频信号可利用专用电路来产生，它与电机的运行状态无关，从而使得在零低速区识异步电动机的转速成为可能。此外，高频信号注入法与电机参数无关，具有较高的鲁棒性，并且动态响应较快，为解决无速度传感器零低速问题提供了很好的思路。高频信号注入法目前还存在许多问题。比如若采用结构凸极性法，需对异步电机结构进行改进，实现起来很不方便，同时因磁饱和产生的凸极会对这种结构性凸极有影响，很难利用滤波器将所需信息提取出来；饱和凸极法，其凸极性本身不是很突出，在中小型电机中很难被检测到；而韩国学者的方法，没有考虑转子磁通饱和程度对电机的影响。高频信号注入法一般只适用于低速运行状态。高速运行时，定子侧电压频率较低零速时要高很多，给信号滤波分离带来困难。因此，实际的异步电机无速度传感器控制系统中，高速运行时采用常规的速度辨识法，低速运行时可采用高频信号注入法辨识转速，不同速度范围辨识方案的切换也是高频信号注入法应用到工程中要解决的重要问题。需要采用复杂的信号处理方法获得所需高频响应信号，从而降低了系统响应速度，增加了控制系统的复杂性。此外，由于基于高频信号注入的方法利用了异步电机的非理想特性，因此受电机结构影响较大，缺乏一定的通用性[8]。
低频信号注入法则利用异步电机的基波模型。无需较大注入信号，具有普遍的适用性。将高频谐波信号变为低频谐波信号，通过注入低频d轴定子电流信号，利用产生的角度误差估计电机转速。该方法仅利用异步电机的基波模型，不依赖各种非理想特性，所以不受异步电机结构影响。此外，该方法所需低频响应信号容易分离，消除了高频信号注入法信号分离难的缺点，而且对电机参数具有较强的鲁棒性，无须进行参数估计，使得控制系统结构相对简单。基于低频信号注入的方法可以很好地实现极低速段异步电机无速度传感器矢量控制[6]，但是动态性能较差。
3.异步电机磁场跟踪控制器设计应用前景
近年来对异步电动机的研究早已成为热点。目前，异步电机无速度传感器矢量控制在中高速段已获得良好的控制性能，但在极低速段（1Hz）却仍未实现良好的控制。本实验的研究可以很好地实现在极低速段异步电机无速度传感器矢量控制[5]，针对异步电动机磁场定向控制系统进行具体分析，对于今后异步电动机磁场定向控制技术发展具有一定促进作用。本研究对于异步电动机在低频信号下能稳定运行于各种工作状态,具有一定的实用价值[1-4]、[9]。
标量控制与无速度传感器控制在没有速度传感器情况下,通过观测电机磁链,在以观测磁链定向的同步坐标系中控制电机电压,很好地解决了异步电机低速性能。矢量控制与直接转矩控制实现了异步电机的高性能控制,改善了电机从零速到超高速区域的动态性能以及稳态精度,目前广泛用于数控、电力机车等高性能场合。尽管控制策略不同,磁链观测在这两种控制方法中必不可少。因此深入开展异步电机磁链观测器设计研究,对改善异步电机的控制性能,扩大异步电机的调速范围是非常有意义的研究工作[15]。
