定子磁场定向感应电机无源性控制器设计.doc

定子磁场定向感应电机无源性控制器设计 第卷第期?月电?电子技术，定子磁场定向感应电机无源性控制器设计季筱隆，?传文，孟永庆，苏彦民（西安交通大学，陕西西安）摘要基于无源性的基本思想，选取定子磁通幅值作为系统的磁通控制目标，并借鉴间接定子磁场定向的控制方法，构建了一种新的基于定子磁场定向的感应电机（简称）无源性控制器（，简称）。 该控制器保留了无源性控制器优点，证明无源性控制器以定子磁通作为系统控制目标的设计方法是可?的，扩展了无源性控制器设计方法的应用领域。 仿真和实验结果证明，该控制器是稳定且有效的。 关键词感应电机；磁场定向控制基于无源性的控制器；转子转速控制（），（，），；引言容效应，并认为转子轴是刚性的。 在上述假设条件下，对感应电机存储能?函数可以得到以定子静以及数学模型进?坐标变换，止两相坐标系下的定子电流和转子电流作为系统状!，态变?，即电气子系统的存储能?函数、数学模型及其输出转矩分别为!）!（!式中基于无源性控制器（，简称）的感应电机设计方法从提出至今，以其控制系统结构简单，无需观测转子侧状态变?，参数鲁棒性好，获得的控制规?有明确的物?意义等优点而倍受重视。 但是，目前在感应电机（控制领）域中，的设计方法均是以转子磁通幅值作为系统的磁通控制目标的。 基于无源?论的基本思想，选取定子磁通幅值作为系统的磁通控制目标，并借鉴间接定子磁场定向控制方法，构建了一种新的基于定子磁场定向的感应电机。 该控制器保留了目前感应电机证明设计方法以定子磁通幅值作的优点，为控制目标是可?的，扩展了基于的设计方法的应用领域。 仿真和实验结果证明，该控制器是稳定且有效的。 （）（）（），!，!转子转速!，!，!基于无源性的控制器设计根据设计的基本思想，讨论了控制器电气部分的设计步骤。 步骤（）基于存储能?函数的数学模型构造一输出反馈假设满足三相对称，气隙光滑，参数精确已知，忽略铁耗、饱和、齿槽效应以及电机绕组中的电定稿日期作者简介季筱隆（），男，浙江义乌人，博士生，研究方向为交流调速的控制策略。 （，!）（）使映射严格无源，且与转子转速!、位置!无关。 及状态变?的给定值对于式（模型，由式（构成的闭环方程为）!（!（!，!）第卷第期?月电?电子技术，将电气子系统的存储能?函数式（）对时间求微分，并将式（）代入可得电气子系统的存储能?变化率为!（）等效阻尼矩阵为!（，!）（）可以求得，当阻尼系数时，正定。 对式（）积分，即可完成映射严格无源的证明。 （）步骤通过能?成形实现状态变?的跟踪。 根据文献的定?及其证明过程，同?可得，在反馈方程（）中，如果和!之间满足条件!（）则随着，系统状态变?的跟踪误差?，且与转子转速、位置及状态变?的给定值无关。 至此，由式（）和式（）即可得到定子静止坐标系下电流环的控制方程为$#%&#（）&$#（）步骤以输出转矩和定子磁通幅值%为控制目标，求得系统状态变?的给定值。 根据定子磁场定向控制的原?，在定子磁场定向的同步坐标系下，$%，$，则，轴定子电流及滑差给%!定值为（）%（）!（）%式中%定子磁通幅值的给定值由机械子系统得到的输出转矩给定值计算下式可得定子磁场同步角(（!）（）再通过坐标变换即可得到定子静止坐标系下定子电流和定子磁通的给定值。 由式（）（）即可构成完整的基于间接定子磁场定向的感应电机无源控制器的电气部分。 再加上转矩和%给定模块，就能得到完整的感应电机转速控制器。 图示出定子磁场坐标系下的控制系统结构图。 仿真及实验结果为证明该控制器的有效性，进?了仿真和实验验证。 仿真和实验所用的电机参数为额定功率、额定电流、额定电压、额定图定子磁场坐标系下的控制系统结构转速，极数，!，!，转动惯?。 电流环采样延迟时间为，转速环为，仿真中系统先用空载加速至，并在和之间加载?。 阻尼系数。 由图仿真结果可见，该控制器是稳定且有效的，但由于被跟踪系统的状态变?为交流?，对%的跟踪控制存在着稳态误差。 图仿真波形图示出实验验证平台。 主回?为变频电?；控制电?以为核心；负载为磁粉刹车器。 测速装置为脉冲圈的光电编码器。 为观测%的跟踪性能，系统中构建了基于电压模型的定子磁通观测器，并通过口输出。 图实验平台实验中分别对空载起动和突加、突减负载过程进?了验证，图分别给出两个过程的转子转速实际值及给定值、定子磁通幅值实际值%及给定值%、相电流实际值波形。 由于系统输出口数?限制，需对和%跟踪波形分别加以记录。 由实验结果可见，该控制器是有效的，且具有良好的调速性能。 但是，由于控制（下转第页）第卷第期?月电?电子技术，图示出测试波形。 波模块。 自上往下的形分别为输出电压、输入电流、直流输出电流。 母线电压、结论双桥矩阵变换器具有传统矩阵变换器的优点，同时具有控制方法灵活、简单的特点。 采用整流级、逆变级单独控制，整流级开关频率为、逆变级开关频率为的新颖双桥矩阵变换器方案，使图仿真波形通过样机实验验证了上述控制策略，双桥矩阵变换器调制策略由实现，转换器采集输入电压，并通过与通信，实现换流控制和信号产生，功率模块整流级采用逆变级采用模块、双桥矩阵变换器的控制?加简化，可以预期有广阔的应用前景。 参考文献，（），（），（）图测试波形图!（上接第页）系统?含磁通观测器，对!是开环的跟踪控制，因此!的稳定性并?想。 的感应电机无源控制器。 仿真和实验结果表明，感应电机无源性控制器以定子磁通作为控制目标的设计方法是可?的，扩展了设计方法在交流调速领域中的应用。 参考文献，（），（）