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五相感应电机电子变极控制策略的研究（硕士学位论文），共86页。
【摘要】 随着电力电子技术与微机控制技术的发展,多相电机系统的研究不断深入。与传统三相电机为主体的驱动系统相比,多相电机驱动系统具有更高的可靠性,更多的控制自由度,并且能够实现低压大功率。由于这些优点,多相电机驱动系统适用于大功率传动的工业场合尤其是舰船推进、航空航天等领域。多相系统与三相系统的原理方面有很多相似之处,但作为一种新技术,在控制理论和实践应用中仍然存在较多需要研究和完善的地方。本文在分析多相电机理论的基础上,对5相感应电机的电子变极变频调速进行了比较深入的研究。本文依据绕组函数理论,对多相感应电机的绕组结构进行了分析。根据空间矢量解耦理论,建立了多相感应电机的数学模型,可以将一台多相电机等效成多个正交解耦平面进行控制,分析了多相电机系统多控制自由度原理并简要介绍了其应用,为以后的研究工作奠定数学和理论基础。详细介绍了5相感应电机双平面转子磁场定向矢量控制的原理。在双平面矢量控制的基础上,分析了5相感应电机电子变极变频调速技术。针对阶跃响应电子变极中转矩波动较大的问题,提出了斜坡响应和指数响应转矩分配电子变极控制方法,以5相感应电机为实验对象,对提出的电子变极控制策略进行实验验证。根据滑模变结构控制理论的原理,推导了基于滑模变结构控制的电流控制策略。将滑模变结构电流控制策略和传统PI电流控制策略进行比较分析,在5相感应电机斜坡响应电子变极控制中采用滑模电流控制策略,实验结果表明该电流控制策略有效地降低了电子变极过渡过程中转矩和转速波动。对5相感应电机无速度传感器矢量控制技术进行了研究,阐述了模型参考自适应速度辨识和滑模速度辨识两种无速度传感器控制方法,推导了基于Popov超稳定性理论的速度收敛率,运用MATLAB软件对这两种速度辨识方法进行了仿真分析,最后对滑模速度辨识方法进行了实验验证。
【关键词】 5相感应电机； 多控制自由度； 电子变极； 滑模变结构控制； 无速度传感器；

目录
致谢 I
摘要 III
ABSTRACT V
第1章绪论
1.1课题背景
1.2多相电机概述
1.2.1多相电机的定义
1.2.2多相电机及其系统特点
1.2.3多相电机国内外发展状况
1.3多相电机的控制技术
1.3.1多相电机建模概述
1.3.2矢量控制技术
1.3.3直接转矩控制技术
1.4多相电机电子变极变频调速 -10-
1.5本章小结 -11-
第2章多相感应电机的数学模型 -13-
2.1多相感应电机的磁动势分析 -13-
2.2多相感应电机的数学模型 -17-
2.2.1同步速坐标系下的多相感应电机电压方程 -17-
2.2.2电机电磁转矩方程 -20-
2.2.3多控制自由度原理 -20-
2.3本章小结 -22-
第3章5相感应电机电子变极技术 -23-
3.1 引百 -23 -
3.2多相感应电机矢量控制技术 -24-
3.2.1 5相感应电机双平面矢量控制 -24-
3.2.2双平面矢量控制实验研究 -25-
3.35相感应电机电子变极 -27-
3.3.1 5相 应电机转矩分配电子变极 -28-
3.3.2电子变极实验研究 -30-
3.4本章小结 -35-
第4章5相感应电机电子变极电流控制策略 -37-
4.1 引百 -37 -
4.2滑模变结构控制系统定义 -37-
4.2.1滑动模态的存在性和可迗性 -38-
4.2.2滑模变结构控制的趋近律 -39-
4.2.3滑模变结构控制系统的抖振问题 -40-
4.3电子变极电流控制策略 -41-
4.3.1传统PI电流控制 -41-
4.3.2滑模变结构电流控制 -42-
4.3.3 PI和SMC电流控制策略仿真研究 -44-
4.3.4实验研究 -45-
4.4本章小结 -47-
第5章5相感应电机无速度传感器矢量控制 -49-
5.1 弓I 言 -49-
5.2无速度传感器矢量控制 -49-
5.2.1模型参考自适应基本原理 -49-
5.2.2基于转子磁链的MARS速度辨识 -50-
5.2.3基于滑模的速度辨识 -52-
5.3基于低通滤波的定子磁链估算 -54-
5.4无速度传感器仿真研究 -55-
5.4.1 MARS速度辨识仿真 -55 -
5.4.2滑模速度辨识仿真 -57-
5.5实验研究 -58-
5.6本章小结 -59-
第6章总结与展望 -61-
6.1全文总结 -61-
6.2 展望 -61 -
参考又献 -63 -
攻读硕士学位期间主要的研究成果 -73-

第1章绪论
1.1课题背景
20世纪初至今,电力发电以及输配电都是釆用的三相系统。因此,三相调速系统一直占主导地位,三相感应电机与三相变频器组成的感应电机调速系统在实际工程应用中占大多数。随着电力电子技术的发展及不断完善,以及以矢量控制为代表的各种交流调速控制理论的发展,电力变换器的出现让交流调速系统摆脱了三相电网供电的束缚,多相变频器供电的多相电机调速系统开始走向了历史的舞台。
经过数十年的发展,三相交流调速系统的各种高性能控制方法已经成熟,且目前大规模生产的经济性确保了三相电机在今后相当长时间里仍将得到广泛的应用和发展。但在大功率、低压大电流等领域应用时,由于三相调速系统的自身不足,使得三相电机的主导地位受到了一定的挑战⑴。在过去的二十多年,多电平变频器供电的电机巳被应用在需要实现高压大功率的场合[24],与多电平系统概念平行的是多相变频器供电的多相电机调速系统概念。电机的相数7J、相电流和相电压的乘积大小决定了电机的输出功率,因此,在供电电压受限的场合以及相电流、相电压大小保持不变的情况下,多相电机(《〉3)的使用可以实现低压大功率变频调速。如今,多相电机调速系统已成为使用电压受限的器件实现低压大功率很有前途的手段。
此外,与三相电机调速系统相比,多相调速系统由于增加了逆变器的桥臂数和电机相数,具有更高的容错运行能力。相数的增加也使得多相电机具有更多的控制自由度,利用这些控制自由度可以实现更多的控制算法,例如:多相感应电机非正弦供电(即谐波注入)、电子变极变频调速、无轴承运行等等。
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