（电力电子与电力传动专业论文）感应电机无速度传感器矢量控制系统.pdf

浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 ，_ ，一 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni st h er e s u l to ft h er e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o fa s p e e d - s o n s e r l e s s f i e l d o r i e n t e d c o n t r o l l e r ( f o c ) s y s t e m o fi n d u c t i o nm o t o r t h e d o m i n a n tc h a l l e n g eo ft h i sr e s e a r c hw a st h ec o n t r o lm e t h o d so fi n d u c t i o nm o t o ra n d t h ee s t i m a t i o nm e t h o d so fb o t hr o t o rs p e e da n df l u x i nc h a p t e ro n e ，r e s e a r c hf o r s e n s o r l e s sc o n t r o lo fi n d u c t i o nm o t o r si nr e c e n t y e a r s h a db e e ni n t r o d u c e d ；t h e s t r u c t u r eo ft h i se x p e r i m e n ts y s t e mh a da l s ob e e n e x p l a i n e d n l ed e v e l o p m e n to f s p e e d - s o n s e r l e s sf i e l d o r i e n t e dc o n t r o l l e rm e t h o di sb a s e d o nw i t h - s p e e d s e n o rf i e l d - o r i e n t e dc o n t r o l l e rm e t h o d ，e x c e p tt h em e t h o do f o b t a i n i n g t h ei mr o t o rs p e e d s oi nc h a p t e rt w ow i t h s p e e d s e n o rf i e l d - o r i e n t e dc o n t r o ls y s t e m w a si n t r o d u c e di nd e t a i l s ，i n c t u d eb o t ht h em a t l a bs i m u l a t i o ns y s t e ma n dt b er e a l s y s t e mb a s e d o nt m s 3 2 0 f 2 4 0 d s p t h ef o c t l so ft h i sd i s s e r t a t i o ni si nc h a p t e rt l 】r e e a p p l i c a t i o no fe k fe s t i m a t o r i ns p e e d s o n s e r l e s sv e c t o rc o n t r o ls y s t e mo f l m a sf o rs p e e d - s e n s o r l e s sf o c s y s t e m ， t h ec o n v e r g e n c ea n dp r e c i s i o no fb o t hr o t o rs p e e da n df l u xe s t i m a t i o nw i t he k f d e p e n d o nt h ea c c u r a e yo ft h em o d e l so f s y s t e mn o i s ea n dm e a s u r e m e n tn o i s e ，i e q a n dr g e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) i sa p p l i e di nt h i sp a p e rt oo p t i m i z ep a r a m e t e r so ft h e e x t e n d e dk a l m a nf i l e r ( e k f ) f i l t e ri nas p e e d 。s o n s e r l e s sf i e l d o r i e n t e dc o n t r o l l e r ( f o c ) s y s t e m ag at r a i n i n gs i m u l a t i o ns y s t e mo fo p t i m u mp a r a m e t e r so fe k fi s g i v e na n d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ee f f i c i e n c ya n d r a t i o n a l i t yo f t h ea l g o r i t h m t h ec o n f i g u r a t i o na n d c o m p o n e n t ss e l e c t i o n o fv a r i a b l e f r e q u e n c yc o n v e r t e r c i r c u i to fi mw a si n t r o d u c e di nc h a p t e rf o u lm m e t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ec o n t r o l c h i pt m s 3 2 0 f 2 4 0 d s p , t h es e n s o r sf o rs t a t o rc u r r e n ta n dr o t o rs p e e dd e t e c t i n ga n d t h e c o r r e s p o n d i n g d a t ai n t e r f a c e p r o c e s s i n g w e r ea l s o p r e s e n t e d ， c h a p t e rf i v e i n c l u d et h ec o n t e n to ft h es o f t w a r ef l o wc h a r to fw i t h s e n s o r v e c t o r - c o n t r o l l e di n d u c t i o nm o t o rd r i v e rs y s t e m ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fd a t a p r o c e s s i n g ， a n dan o v e l d e b u g m e t h o dw i t hm o d u l a r i z a t i o na n di n c r e m e n t a l s y s t e mb u i l dm e t h o d a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n ，c o n c l u s i o nw a sm a d ef o rm y r e s e a r c hw o r kt h a t f m i s h e dd u r i n gm ym a s t e r ss t u d y ia l s op u tf o r w a r ds o m es u g g e s t i o n sf o rt i l en e x t w o r k 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 作者攻读硕士学位时发表的文章 1 c a il i ；z h a n gy i n h a i ；z h a n gz h o n g c h a o a p p l i c a t i o no fg e n e t i ca l g o r i t h m si n e k ff o rs p e e de s t i m a t i o no fa l li n d u c t i o nm o t o r 2 0 0 3i e e ep o w e re l e c t r o n i c s s p e c i a l i s t sc o n f e r e n c e ( a c c e p t e d ) 2 蔡骊：张寅孩：王立乔：张仲超遗传算法在感应电机速度估计中的应用及 其仿真系统微特电机( 已录用) 3 林平；蔡骊基于神经网络的一种快速s v p w m 算法电气自动化2 0 0 1 年， 第2 3 卷第6 期 i i i 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 第1 章绪论 从2 0 世纪初期起，可调速传动的电动机在钢铁工业和汽车工业中就获得了 广泛的大量的应用。在早期阶段，直流电动机由于其优良的静、动态性能，广泛 地用于调速系统。然而，从6 0 年代后期开始，交流电动机以其低成本、高可靠 性以及环境适应性强等优点，在宽广的工业应用领域正式取代直流电动机。随着 电力电子器件和数字控制技术的发展，各种通用的和高性能的交流传动控制系统 相续诞生，多种交流调速技术已经趋于成熟，运行可靠性已经很高，特别是转子 磁场定向的矢量控制系统，通过坐标变换实现转速和磁通的解耦，其性能指标已 经可以做到与直流调速系统一样，完全可以取代直流调速系统。 对于高性能的矢量控制系统，速度闭环是必不可少的，转速闭环需要实时的 电机转速，速度传感器的安装增加了整个系统的成本和复杂性，影响检测精度， 在恶劣条件下( 如高温、潮湿等) ，速度传感器的安装又降低了系统的可靠性。因 此，研究无速度传感器的通用变频器具有实际意义。无速度传感器的矢量控制技 术是在常规带速度传感器的矢量控制基础上发展起来的，除电机转速信息的获取 途径、方法不同之外，仍沿用磁场定向技术控制技术。因此，无速度传感器矢量 控制技术的核心是如何准确的获取电机的转速信息。近年来，转速估计的方法不 下l o 种，然而受转速估计精度和动态性能的影响，目前实用的无速度传感器调 速系统只能实现一般的动态性能，其调速范围不过1 ：1 0 左右”。 在所有的异步电机矢量控制策略中，磁链的观测及其准确控制尤为重要。常 规的电压模型和电流模型转予磁链观测器( 具体的推导见第三章) ，由于它们没 有构成控制意义上的状态观测，因此在实践中存在收敛速度慢、对电机参数变化 及电机运行状态变化鲁棒性差以及受观测噪声影响大等一系列问题。无速度传感 器控制系统中的观测器一般可以实现转速和磁链的同时估计。 本章分析和比较了几种的常用感应电机变频调速方法，介绍了无速度传感器 矢量控制的研究现状，以及几种受到较多关注的转速和磁链估计方法，最后描述 了本课题的实验系统和研究内容。 1 1 感应电机主要的控制方法及其优缺点 感应电机变频调速的主要控制方法的分类，如图1 1 所示。本节简要的介 绍了它们的原理，以及各自的优缺点。 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 酉卜圃 磊矗埤制i _ - 【无速度检出厂叫竺茎塑墨叁墨丝型 力aiir 1l 懂计 ( 有速度检出) ( 无速度检出) 转子磁场定向矢量控制 直接转矩控制 图1 - 1异步电机控制方式分类图表 1 1 1 恒压颏比控制( v f ) 交流传动系统最简单的控制方式是开环恒压频比控制。异步电动机的同步转 速由电源频率和电机极对数决定( = 6 0 f , p ) ，在改变频率时，电机的同步转 速随着改变。当电机带负载运行时，电机转子转速略低于电机的同步转速，即存 在滑差。滑差的大小与电机负载大小有关。 保持v f 恒定控制是在控制电动机的电源频率变化的同时控制变频器的输出 电压，并使二者之比v f 为恒定，从而使电动机的磁通基本保持恒定。 电机定子的感应电动势 e l = 4 4 4 k 4 孵 ，l - 1 、 由式( 1 - 1 ) 可见，当电动机电源频率变化时，若电动机电压不随着改变， 电动机的磁通就会出现饱和或欠励磁。磁通饱和后电动机中将流过很大的励磁电 流；而当电机出现欠励磁时，将会影响电动机的输出转矩。显然，若在电动机变 频控制时，能保持e f 为恒定，可以维持磁通恒定。 电动机端电压和感应电动势的关系式为： k = e l + “+ 豇l 儿( 卜2 ) 在电动机额定运行情况下，电动机定子电阻和漏电抗的压降较小，电动机的 端电压和电动机的感应电动势近似相等。但是在低频时，定子电阻压降所占比重 增大，电动机的电压和电动势近似相等的条件已不满足，电动机的转矩会有所下 降。低速性能较差是v f 控制存在的主要问题【2 l 】。 除了定子漏阻抗的影响外，变频器桥臂上下开关元件的互锁时间是影响电动 机低速性能的重要原因。由于死区时间的存在，变频器的输出电压将比控制电压 降低。死区时间造成的电压降还会引起转矩脉动，在一定条件下将会引起转速电 流的振荡，严重时变频器不能运行。 可以采用补偿端电压的方法，即在低速时适当提升电压y 1 ，以补偿定子电阻 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 压降和开关死区时间的影响。 交流电机变频变压控制是基于稳态电机模型的控制策略，通过调整输入电压 基波的幅值和频率控制感应电机稳态转速。电机按其自身的自然特性变速运行， 一般调速的进程比较慢。这种控制方法虽然简单，但是因为完全不考虑暂态过程， 无法精确控制转矩和磁通，存在转矩脉动、高次谐波、无功功率增大等问题，系 统的稳定性、起动及低速时的转矩动态响应与用瞬时值控制的直流调速相比就略 逊一筹【2 1 。 i i 2 磁场定向矢量控制( f o c ) f o c 控制算法是由电机动态模型经过严格的数学推导得到的，需要进行坐标 变换。以变换前后磁场不变为依据，将三相异步电动机等效为空间上互差9 0 “的 两相电动机，转子磁链方向为d 轴，从d 轴沿旋转磁场前进9 0 。方向为q 轴，构 成同步旋转坐标系。定子电流被分解为励磁分量i 。d 和转矩分量b 分别控制电 rr 磁转矩和转子磁链a 相应的控制方程为：z = 月，争。， = i 兰o 。通 l ，p + l 常在转矩和磁通的控制闭环中采用线性的p i 电流调节器。对于电压型的逆变器， 需要把电流控制信号转换成电压控制信号，电流调节器输出电压控制信号，然后 经过反p a r k 变换得到p w m 调制器的输入。p w m 调制器可看作一线性功率放大器， 它在一个采样周期内的平均值等于电机端的给定值。其基本的控制框图如图l 一2 所示。 图i - 2 转子磁场定向矢量控制系统框图 磁场定向矢量控制相对于标量控制的优点：a ) 实现了转矩和磁通的解耦控制， 使得其动态性能近似与直流电机的调速性能；b ) 在宽广的调速领域中能保持磁 通的恒定：c ) 即使有大转矩的暂态过程，电流也不会过大；d ) 可在电动机状态、 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 反制动状态以及磁弱状态进行高效的转矩控制。 磁场定向矢量控制的缺点：a ) 转子磁通估计对转子时间常数敏感，还是温度、 频率等因素的函数，因此要作出精确的估计是很困难的；b ) p i 调节器的优化调 节将很费时费力，其优良的性能决定于对电机模型参数的精确了解【“。 1 1 3 转差矢量控制 转差矢量控制是一种间接磁场定向控制，其系统框图如图l 一3 所示旧。在 保证转子磁链的大小恒定不变的前提条件下，电机的转差频率和转矩成比例： 瓦= 片，挚y ，0 ，。= = ；l ，根据所需要的转矩推算出相应的转差角频率和j l r lr v m 计算动态过程中为保持转子磁链相位不变的附加转差角频率，并测出电动机转子 的角速度，以三者之和的积分进行磁场定向。由于转差频率间接矢量控制并没有 实现转子磁场的真正闭环控制，。和转子磁链间又存在着很强的耦合关系，动 态性能较差。 图1 - 3转差矢量控制系统框图 1 1 4 直接转矩控制( d t c ) 直接转矩控制是一种基于电机定子变量的直接控制的非线性控制方式，出现 于8 0 年代中期，并被看作与f o c 并列的控制策略【6 1 。直接转矩控制技术，用空 间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电机的转矩，采用定子 磁场定向，借助于离散的两点式调节( b a n g b s n g 控制) 产生p w m 信号，直接 对逆变器的开关状态进行最佳控制，瞬时控制电动力矩和定子磁通幅值。其基本 的控制框图如图卜4 所示。其中c 矿c ，为迟滞比较器的输出，由此查开关状态 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 的控制框图如图卜4 所示。其中c 。、c ，为迟滞比较器的输出，由此查开关状态 表，发出脉 图1 - 4直接转矩控制原理框图 直接控制的优点：a ) 简单的控制算法，非常适合模拟硬件的实现；b ) 由于 只需要电机模型r s 参数，将有很好的鲁棒性；c ) 对于要求的转矩纹波，只需要 最小的开关频率因为需要控制转矩的次数是最少的：d ) 不需要p w m 控制以及坐 标变换：e ) 实现了转矩和磁通的解耦控制，并且吸收电流是正弦：f ) 由于转矩 响应迅速，可以实现无超调的高性能的转矩动态性能。 直接控制的缺点：a ) 由于滞环调节器固定的带宽，逆变器的开关频率取决 于电机转速和负载转矩，因此可能引起噪声，e m c 以及电机的振动：b ) 转矩的 频谱包含了大量的不可预测的谐波，这可能导致机械共振和失误；c ) 由于开关 频率在极低速时可能下降到1 0 几h z ，会产生较高的声频噪声，低速时转矩和磁 通控制困难；d ) 没有电流调节器，无法对电流进行直接控制，具有大的电流纹 波，在电磁兼容方面来说是不利的；e ) 在同样的采样频率，转矩纹波通常都会 比采用p 嘶控制方式的多；f ) 开关器件的结温相比与采用p w m 技术而言很难预 测，影响功率变换器的设计。 近5 年来的文献对d t c 的上述缺点提出了一些改进方法：a ) 使用优化的开 关表：b ) 使用两级或三级迟滞比较器或无迟滞比较器；c ) 采用开关频率固定的 p w m 或s v m 调制技术；d ) 引入模糊技术；e ) 使用复杂的磁通估计算法以提 高低频特性等。这些方法对于d t c 的某些性能有所改善，但是都增加了控制系 统的复杂度。而且这些改进系统或多或少的丢失了基本的d t c 控制的特性，因 而其中一些严格说来已经不属于d t c 控制领域了【5 l 。 1 1 5 小结 采用不同的控制方式，速度和转矩特性是不一样的，如采取v f 控制，它的 调速范i 虱较窄，在低速时运行转差率较大，特性较软。采用矢量控制时，能保证 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 在整个频率范围内实现精确的转矩控制，在1 h z 时，也有1 5 0 以上的起动转矩， 可在3 ：1 的速度范围内( 1 6 5 0 h z ) 以1 0 0 转矩连续运行，速度调整率为i 【4 1 。转差矢量控制方法简单，可以达到与经典矢量控制类似的动态性能，i 司此 得到了较多的推广应用。基于定子磁场定向的直接转矩控制方法简单，动态性能 优良，引起广泛的关注，但因其无法对转矩电流进行直接控制，且开关频率不固 定，电机电流和输出转矩的谐波较大。转子磁场定向矢量控制实现了转矩和励磁 电流的解耦，并对解耦电流分别进行控制，能实现和直流电机相媲美的高性能调 速，在交流电机调速领域中已经获得了广泛的应用，然而为了提高其性能，在很 多方面仍需要进行深入的研究，近十年来这方面的文献多不胜数，例如电机参数 在线辨识、无速度传感器控制、快速而精确的转矩和转速控制、低速甚至零转速 启动等。 1 2 感应电机转子磁链和转速的估计方法 无速度传感器控制的最终目标是同时对电机转速、转子磁链以及电机参数进 行精确的估计。近十年来，无速度传感器矢量控制的研究受到了极大的关注，相 关的文献不断涌出。本节罗列了几种被研究较多的估计方法，并简要的分析了各 自的优缺点。 1 2 1 利用反电动势计算转速( e m f ) 由两相静止坐标系上的感应电机的电压方程，可以推导出q = 等，其 厶，t 册 中国。是转子的转差频率，转予转速等于同步转速减去转差。此公式的推导是基 于矢量控制已被实现的假定，即稳态时转子磁通等于m 轴的转子磁通分量，而 t 轴的转子磁通分量为零：。= 甲，甲。= 0 。这种速度估计算法计算量小， 易于实现，为早期的东芝、日立、富士的产品应用。这种转速估计方法用于间接 矢量控制系统中，存在的问题是，由于不能保证在动态过程中矢量控制是否能正 确的实现，所以不能保证动态特性；低速时由于反电动势较小，计算精度低，所 以低速特性不好【9 】。 1 2 2 模型参考自适应理论( m r a s ) 模型参考自适应理论( m j i a s ) 构建的辨识速度系统1 9 】【2 1 1 ，通常将交流电机的 电压方程作为参考模型( r m ) ，以电流方程作为可调节模型( a m ) ，根据两个模型 输出变量间的误差，由合适的自适应律对转速进行估算，此自适应律是基于波波 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 天的超稳定理论以保证此非线性系统稳定的条件f 推导出的。估计的转运作为口 调节模型的输入参数，当两模型的输出之差趋于零时，估计转速将趋于实际的电 机转速。参考模型和可调模型的计算公式分别为： 岭r 缸吨肌半h ， 甲，= 軎f ( j c o t ，一1 ) 甲，衍+ ， ( 1 4 ) 为克服纯积分环节对观测器性能的影响，文献 1 8 提出计算反电动势的改进 模型，其计算公式为： 2 咋一r 一吐鲁 “- 5 ) 铲舡瓴l r 卜亭e r c 吲 另外还有采用电机无功作为计算模型也可以省去积分计算环节，但无论采用 何种计算模型，系统结构不变，系统框图如图1 - - 5 所示。自适应律对转速估计 的公式也相同： 西= k p ( 再一h 瓦) + k ，f ( 巧一x d 薯) 出 ( 1 7 ) 其中，为、瓦、瓦分别为参考模型和可调模型的输出量( 转子磁链、 反电动势、电机无功) ：k ，、k ，为自适应律的增益。 图i - 5 模型参考自适应转速估计原理框图 模型参考自适应估计的准确度取决于模型参数的和测量参数的精确，然而感 应电机的参数实际上并非是常数。由于存在集肤效应和漏磁通饱和，定子漏电抗 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 与定子电流大小有关，转子电阻和漏电抗与转子频率和转子电流有关。转子频率 决定于转差率，定、转子电流大小也决定于转差率。所以不同的转差率时电机具 有不同的参数，同时电机运行时的电流电压的检测不可避免会有噪声，这些因素 都可能导致模型参考自适应转速估计的误差。 1 2 3 扩展的卡尔曼滤波器( e k f ) s l l 2 4 i 卡尔曼滤波器( k f ) 是一种最小方差意义上的最优估计递规算法，扩展的卡 尔曼滤波器( e k f ) 是k f 在非线性领域的扩展。卡尔曼滤波器能在噪声环境下 和系统模型不太确定的情况下得到精确的状态变量估计。e k f 应用于感应电机 参数估计，将待估计参量( 如转子转速、转予电阻、转子时间常数、负载转矩等) 作为增加的状态变量，基于扩展的感应电机非线性模型进行估计。e k f 可以根 据测量值选择适合的状态模型，应用很灵活。 与其它估计方法相比，卡尔曼滤波器具有：1 ) 抑制噪声干扰，提高状态估 计准确度的优点，估计精度受到电机参数变化的影响较小，但其计算工作量较大： 2 ) e k f 需要调整的参数较多，参数设置不合适将影响收敛速度，可能引起系统 不稳定。 e k f 的具体算法以及实现电机转速估计的原理和难点，将在第三章中作详细 的介绍。 1 2 4 非线性估计 将电机模型用一个非线性系统的通用状态方程表示 主= f ( x 1 + g ( x ) u y = ( 工) 非线性的状态估计器 至= f ( f c ) + g ( f c ) u + 固( i ) 】_ 1 k ( y 一矗( 曼) ) q 矩阵的计算需要进行离线测试，k 为常数增益矩阵，但k 矩阵也需要调 整以获得合适的收敛速度。文献【3 】由仿真实验证明，e k f 转速估计比非线性的 转速估计器性能好，虽然e k f 的算法比非线性估计器复杂。 1 2 5 小结 转速和磁链的估计方法根据是否独立于电机运行工况，可分为两类，本节列 出的几种研究较多的估计方法都是依据电机运行的电流电压进行估计的，除了以 上几种以外，还有人工神经网络 1 l 】，滑模变结构辨识等估计方法。独立于电机 运行工况的估计方法有，定子侧电量f f t 分析法；注入高次谐波法 2 5 ；利用电 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 机的齿谐波电势计算转速 3 2 3 等，这些估计方法的延时随转速不同而变化， 在低速时尤为明显 2 6 】。 卡尔曼滤波器是一种既考虑了系统误差也考虑了测量误差的最优状态观测 器。在所有估计算法中，e k f 被证明具有最佳的噪声抑制性能，同时估计精度较 高。e k f 算法虽然与其他方法相比要复杂些，在实时性方面有些困难，但随着半 导体技术的不断发展，高速度数字信号处理器( d s p ) 的出现和应，卡尔曼滤波 器在工业控制中的应用越来越广泛，控制系统的性能也将得到极大改善和提高。 1 3 实验系统概述 1 3 1 本课题选用电机的参数 1 额定值参数 线电压线电流转速频率功率转动惯量功率因数极对数效率 ( v )( a )转分 h zw k g m c o s n 口 1 0 03 5 51 5 0 05 05 5 00 1 80 4 8 220 8 3 7 表l - 1电机额定参数 2 测量参数： 在频率为u = 5 0 2n 下，进行电机的空载和堵转试验，获得电机参数 定子电阻r s3 0 5 q 转子电阻心9 5 1q 励磁电感l mo 1 8 h 定子( 转子) 漏感l ，= 三，。 o 0 1 1 h 定予( 转子) 电感工。= 工， 0 1 8 7 h 表1 2电机测量参数 1 3 2 主电路和数据反馈采集 矢量控制变频调速实验系统的交流电机的电压供给由一个a c - - d c - - a c 变 换电路提供，其输入是2 2 0 v 交流市电，输出是频率和幅值均可调三相电压。主 电路包括全桥不控整流、电压型逆变两部分。萁中逆变级采用富士公司的智能型 功率模块( i p m ) ，型号为6 m b p l 5 r y 0 6 0 。i p m 的四路独立直流驱动供电由以 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 3 8 4 2 芯片为核心组成的单端反激式开关电源提供。 为实现电流的闭环控制，使用电流采样电路，电流检测采用霍尔器件，输出 的测量电压经过运放连至d s p 的a d 采样口。为实现转速闭环控制，以及速度 估计结果的验证，安装了测速用光码盘。 1 3 3 控制电路和芯片 整个矢量控制及速度磁链的卡尔曼估计算法由t i 公司的电机专用芯片 t m s 3 2 0 f 2 4 0 ( f 2 4 0 ) 实现，控制电路直接采用闻亭公司的f 2 4 0 评估板，评估 板上含有外扩的r a m 、d a 转换电路、芯片电源管理及p w m 的引出脚。六路 p w m 控制信号经过光耦隔离作为i p m 的输入。 1 4 本课题的研究内容 验证转子磁场定向感应电机矢量控制调速系统相比于开环v f 控制系统动态 性能的提高；验证异步交流电机基于卡尔曼滤波估计的无速度传感器矢量控制方 式的可行性；验证卡尔曼滤波估计对于电极参数变化噪声及系统噪声的有效抑 制。 本课题所做的工作： 1 、在查阅文献的基础上，对多种异步电机变频调速方法以及电机磁链 和转速估计方法进行比较研究。 2 、深入理解转子磁场定向矢量控制原理，分析其系统的解耦原理，以 及影响完全解耦实现的因素，探讨解决方法。 3 、深入研究扩展卡尔曼( e k f ) 滤波估计的原理，以实现无速度传感 器矢量控制，进行了m a t l a b 仿真验证。 4 、采用遗传算法对卡尔曼滤波器进行离线的参数选择和优化。 5 、开发调试变频器主电路及电机信号采样电路。 6 、完成开环空间电压矢量( s v p w m ) 和转子磁场定向矢量闭环两套实 际系统的软件设计和调试。 参考文献 1 m a r t i n s ，c a ；c a r v a l h o ，a s t e c h n o l o g i c a lt r e n d si ni n d u c t i o nm o t o re l e c t r i c a ld r i v e s p o w e rt e c hp r o c e e d i n g s ，2 0 0 1i e e e p o r t o ，v o l u m e ：v 0 1 2 ，2 0 0 1 p a g e ( s ) ：7p p v 0 1 2 2 冯垛生；曾岳男。无速度传感器矢量控制原理与实践。机械工业出版社。1 9 9 8 。 3 h i l a i r e t ，m ；a u g e r , ff r e q u e n c ye s t i m a t i o nf o rs e n s o r l e s sc o n t r o lo fi n d u c t i o nm o t o r s a c o u s t i c s ，s p e e c h ，a n ds i g n a lp r o c e s s i n g ，2 0 0 1 p r o c e e d i n g s 2 0 0 1i e e ei n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo n ，v o l u m e ：2 ，2 0 0 1p a g e ( s ) ：9 2 5 9 2 8v e t 2 1 0 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 4 吴忠智，黄立培，吴加林编著调速用变频器及配套殴备选用指南机械工业出版 社2 0 0 0 年3 月第一版 5 c a s a d e i ，d ；p r o f u m o ，f ；t a n i ，a f o ca n dd t c ：t w ov i a b l es c h e m e sf o r i n d u c t i o n m o t o “t o r q u ec o n t r 0 1 p o w e re l e c t r o n i c s ，i e e e t r a n s a c t i o n so n ，v o l u m e ：1 7i s s u e ：5 ， s e p2 0 0 2 p a g e ( s ) ：7 7 9 7 8 7 6 李夙异步电动机直接转矩控制机械工业出版社2 0 0 1 年7 月 7 c o n s i d e r a t i o na b o u tp r o b l e m sa n ds o l u t i o n so fs p e e de s t i m a t i o nm e t h o da n dp a r a m e t e r t u n i n g f o rs p e e d - s e n s o r l e s sv e c t o rc o n t r o lo f i n d u c t i o nm o t o rd r i v e s 8 k o j a b a d i ，h m ；c h a n g ，l ；d o r i a s w a m i ， r r e c e n t p r o g r e s s i ns e n s o r l e s s v e c t o r - e o n t r o u e di n d u c t i o nm o t o rd r i v e s p o w e re n g i n e e r i n g2 0 0 2l a r g ee n g i n e e r i n g s y s t e m sc o n f e r e n c eo n ，l e s c o p e0 2 ，2 0 0 2 p a g e ( s ) ：8 0 8 5 9 b o d s o n ，m ；c h i a s s o u ，j ac o m p a r i s o no fs e n s o r i e s ss p e e de s t i m a t i o nm e t h o d sf o r i n d u c t i o nm o t o rc o n t r 0 1 a m e r i c a nc o n t r o lc o n f e r e n c e ，2 0 0 2 p r o c e e d i n g so ft h e2 0 0 2 ， v o l u m e ：4 ，2 0 0 2 p a g e ( s ) ：3 0 7 6 3 0 8 1v 0 1 4 1 0 葛琼璇冯之钺异步电机矢量控制系统速度辨识研究电工电能新技术1 9 9 7 年第 2 期 11 孙健，邱阿瑞，史文华利用神经网络进行感应电机转子磁链估计清华大学学报 1 9 9 9 年第3 9 卷第1 期 1 2 万淑芸等无速度传感器交流调速系统的方案研究华中理工大学学报1 9 9 6 年第 1 0 期 1 3 汪镭等神经网络辨识方案在异步电机传动系统参数辨识中的应用讨论电工电能 新技术2 0 0 1 年第2 期 1 4 王勋先丁刚韩曾晋感应电机动态转速的非线性估计控制理论与应用1 9 9 9 年第 4 期 1 5 ，杨耕陈伯时交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述电气传动 2 0 0 1 年第3 期 1 6 c i l a se ta 1 c o m p a r i s o no fd i f f e r e n ts c h e m e sw i t h o u ts h a t ! ls e n s o r sf o rf i e l do r i e n t e d c o n t r o ld r i v e s c o n f r e c i e e e i e c o n 9 4 ：1 5 7 9 1 5 8 8 1 7 r i c h a r dm s t e p h a n f i e l do r i e n t e da n df i e l da c c e l e r a t i o nc o n t r o lf o ri n d u c t i o nm o t o r s ：i s t h e r ead i f f e r e n c e ? i n d u s t r i a l e l e c t r o n i c s ，c o n t r o l a n d i n s t r u m e n t a t i o n 19 91 p r o c e e d i n g s i e c o n 9 1 ，1 9 9 1i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo n 2 8o c t - 1n o v1 9 9 1 p a g e ( s ) ： 5 6 7 - 5 7 2v 0 1 l 18 i l a s ，c ；b e t t i n i ，a ；f e r r a r i s ，l ；g r i v a , g ；p r o f u m o ，ec o m p a r i s o no f d i f f e r e n ts c h e m e s w i t h o u ts h a f ts e n s o r sf o rf i e l do r i e n t e dc o n t r o ld r i v e s i n d u s t r i a le l e c t r o n i c s c o n t r o la n d i n s t r u m e n t a t i o n ，1 9 9 4 i e c o n 9 4 ，2 0 t hi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo n ，v b l u m e ：3 5 - 9 浙江大学硕士学位论文感应电机无速度传感器矢量控制系统 1 9 2 0 2 l 2 2 s e p1 9 9 4 p a g e ( s ) ：1 5 7 9 - 1 5 8 8 v 0 1 3 陈伯时信息化时代的电气传动技术自动化博览2 0 0 2 ，1 9 ( 4 ) f i e l d o r i e n t e dc o n t r o lo f a ni n d u c t i o nm o t o ru s i n gr a n d o mp u l s ew i d t hm o d u l a t i o n 许实章，电机学，华中理工大学出版社，1 9 9 3 m a n e s ，c ；p a r a s i l i t i ，f ；t u r s i n i ，m ac o m p a r a t i v es t u d yo fr o t o rf l u xe s t i m a t i o ni n i n d u c t i o nm o t o r sw i t han o n l i n e a ro b s e r v e ra n dt h ee x t e n d e dk a l m a nf i l t e t i n d u s t r i a l e l e c t r o n i c s ，c o n t r o l a n d i n s t r u m e n t a t i o n ， 1 9 9 4 i e c o n 9 4 2 0 t hi n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo n ，v o l u m e ：3 ，5 - 9s e p 1 9 9 4 p a g e ( s ) ：2 1 4 9 - 2 t 5 4v 0 1 3 h i l a i r e t ，m ；a u g e r f f r e q u e n c ye g i m a t i o nf o rs e n s o r l e s sc o n t r o lo fi n d u c t i o nm o t o r s a c o u s t i c s , s p e e c h ，a n ds i g n a lp r o c e s s i n g , 2 0 0 1 。p r o c e e d i n g s 。2 0 0 1i e e ei n t e m a t i o n a l c o n f e r e n c eo n ，v o l u m e ：2 ，2 0 0 1 p a g e ( s ) ：9 2 5 9 2 8v 0 1 2 d e l l 。a q u i l a , a ；p a p a , s ；s a l v a t o m ，l ；s t a s i ，s ad e l a y e ds t a t ek a l m a nf i l t e rf o ro n - l i n e e s t i m a t i o no fi n d u c t i o n m o t o r p a r a m e t e r s a n dr o t o r f l u x s p a c e v e c t o r p o s i t i o n e l e c t r o t e c h n i c a lc o n f e r e n c e ，1 9 9 6 m e l e c o n 9 6 ，8 t hm e d i t e r r a n e a n v o l u m e ：1 1 3 - 1 6m a y 1 9 9 6 p a g e ( s ) ：2 6 9 2 7 3v 0 1 1 2 5 c o n s o l i ，a ：s c a r c e l l a , g ；t e s t a , a s p e e da n dc u r r e n ts e n s o r l e s sf i e l do r i e n t e di n d u c t i o n m o t o rd r i v eo p e r a t i n ga tl o ws t a t o rf r e q u e n c i e s i n d u s t r ya p p l i c a t i o n sc o n f e r e n c e ，2 0 0 2 3 7 t hi a sa n n u a lm e e t i n g c o n f e r e n c er e c o r do f t h e ，v o l