基于神经网络的异步电机磁链自适应观测器设计文献综述

 2021-11-07 22:34:18

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1.基于神经网络的异步电机磁链自适应观测器设计课题背景与意义

异步电机传统的V/F控制方法以其原理简单、易实现以及参数鲁棒性好等优点在通用变频器中被普遍采用。它根据电机实时运行频率调整电机电压幅值,不考虑电机磁链的变化情况,这使得它存在低速区域动态响应慢、稳态精度低、带载能力弱等缺点。尽管采取了各种补偿措施,如逆变器非线性特性补偿、磁通补偿以及滑差频率补偿等,V/F控制的异步电机低速性能仍然达不到满意的效果。

直接转矩控制先是在定子两相静止坐标系下建立控制定子磁链和转矩的数学模型,再根据定子磁链幅值和电磁转矩控制的需要选择一个合适的电压空间矢量实现对电机的精确控制。在这个控制过程中,涉及到的定子磁链开关信号与电磁转矩量开关信号都与观测出的定子磁链值有关。在实际电机直接转矩控制系统中定子磁链值是无法直接采样获得的,必须通过间接方法估算得到,即先采样定子电压、电流、转速等容易测量的量,再通过间接方法计算出定子磁链的幅值和相位。通常这些观测方法都是基于异步电机的数学模型,而电机数学模型又是基于实际电动机参数来建立的,电动机在实际运行过程时,电机参数常会因运行时间、温度等条件的变化而变化,例如定子电阻量会在高温时发生变化等。电机在高速运行阶段时,定子磁链的观测可以忽略电机参数的变化,而在低速运行阶段由于其自身算法的限制,电机参数的变化在此时不可以忽略了。因此要实现高性能直接转矩调速系统在全速范围内稳定运行,尤其是在低速阶段的稳运行,如何消除或者降低电机参数变化对定子磁链估算的影响显得尤为关键。

2.基于神经网络的异步电机磁链自适应观测器的现状

2.1 磁链观测器的发展和现状

随着功率半导体器件、电力电子技术以及无速度传感器矢量控制技术的发展,感应电机调速系统的应用越来越广泛。磁链观测和速度估算是实现感应电机无速度传感器控制的关键技术[1-3]。因此,观测器的发展也越来越快。通常我们使用的磁链观测器开环和闭环有两种,下面来介绍这两种磁链观测器及其优缺点。

2.1.1 开环磁链观测器

目前的几种开环磁链观测方法主要有 u-i 模型法、i-n 模型法和 u-n 模型法。u-i 模型法结构简单,容易实现,主要应用在高速范围内;i-n 模型法则主要用在低速范围内,需要电流、转速以及转子参数,鲁棒性差;u-n 模型法综合了前两种方法的优点,但其结构复杂,模型平滑切换困难。

相对于其它两种模型,u-i 磁链观测模型具有对电机参数依赖小(仅需要定子电阻参数)、实现方法简单、成本低廉等优点,从而在实际电机控制系统中最为常用。众所周知,u-i 磁链观测模型使用的纯积分环节会带来直流偏移和初始值误差问题,从而影响了磁链的观测精度。为了消除上述纯积分环节存在的问题,出现了采用低通滤波器代替理想积分器的方法,但同时也带给输出磁链一定的相位误差和幅值误差。为了对误差进行有效的补偿,出现了低通滤波器的多种补偿方法。

文献[5]提出了三种基于 u-i 模型的磁链观测器改进方案,用于全速范围内观测定子磁链。第一种方案在实际运行中仍然会存在着直流偏移问题;第二种方案要求电动机磁链幅值恒定,而不适应于电动机磁链幅值变化的场合,并且它只进行了幅值补偿并没有同时进行相位补偿;第三种方相位补偿,然后再通过低通滤波获得定子磁链,在解决 u-i 模型法中纯积分环节不足的同时提高了传统改进型低通滤波器的动态性能。文献[6]研究了一种新的电机磁链辨识算法,它由一个高案观测器中由于含有 PI 调节器和非线性饱和模块,而 PI 参数通常调试困难。

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