基于无速度传感器的电力牵引机车控制系统设计(3)

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无速度传感器高性能交流调速系统是当前国际电气传动领域普遍关注的一项研究课题和开发项目。20世纪七八十年代以来，国内外有很多研究人员在这方面倾注了大量心血，也取得了不少成就，发表了内容丰富的研究论文和综述，国际上已成功地开发了多种系列的无速度传感器通用产品。国外主要牵引传动设备供应商有德国西门子、加拿大庞巴迪、日本三菱、东芝等公司已经在许多新项目中采用无速度传感器控制技术，并取得阶段性成果。1998年以来，陆续有采用无速度传感器技术的有轨电车、城市轻轨、地铁车辆进行运行试验。

国内品牌汇川、森兰和英威腾等几家公司推出了无速度传感器矢量控制变频器产品，但是其性能指标与国外顶级品牌相比并不占据优势。国内通用变频器多停留在恒压频比控制的一般性能上，在无速度传感器控制技术的研究开发和时间应用方面与国外存在着一定的差距。因此，开发和研究高性能的无速度传感器的交流调速控制系统无疑具有很大的经济效益和实用价值，对发展我国的民族工业的发展具有特别重要的意义。

1.2 交流电机控制技术的国内外发展状况

1.2.1 无速度传感器矢量控制技术的发展

1.2.2 无速度传感器矢量控制磁链观测方法综述

1.3 无速度传感器矢量控制发展趋势

1.4 本课题的主要内容

本文主要研究交流异步电机的无速度传感器矢量控制方法，基于感应电机的基本原理，分析异步电机矢量控制以及电流跟踪型逆变器的基本原理。对交流感应电机的无速度传感器控制的转速估计方法进行研究，阐述模拟参考自适应方法，并在 MATLAB/Simulink 中进行了仿真。

2 异步电机的矢量控制

晶闸管供电的直流电动机双闭环调速系统具有优良的静、动态调速特性,其

根本原因在于他励直流电动机转矩能够容易而灵活地进行控制。作为交流变频调

速的控制对象——交流电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以控制呢？矢量控制成功地解决了交流电动机电磁转矩的有效控制,像直流调速系统一样,实现了对交流电动机的磁通和转矩分别独立控制。

任何调速系统的任务都是控制和调节电机的转速,转速是通过转矩来控制。任何电动机,其主要特性是转矩一转速特性。服从于基本运动学方程式：

式中： -- 电动机的电磁转矩

-- 电动机的负载转矩

-- 转动惯量

-- 电动机的角速度

直流电动机的电磁转矩关系简单,容易控制而交流电动机的电磁转矩关系复杂,难以控制。但是,由于两者产生电磁转矩的规律有着共同的基础,是基于同一转矩公式而建立起来的,因而根据电机的统一性,通过等效变化,可以将交流电动机转矩控制转换为直流电动机转矩控制的模式,从而控制交流电动机的困难问题就迎刃而解了。

2.1 矢量控制的基本思想

在感应电机的动态分析和控制中，选择好的坐标系统能使问题简化，控制简单，准确获得良好的动态性能。1971年德国学者 F. Blaschke 提出了感应电机磁场定向型矢量变换控制理论，实现了能找出两个分别决定磁通和电磁转矩的独立控制量，而且求出了这两个控制量和直接测量及控制的定子坐标变量之间的关系式，使得感应电机的电磁转矩能像直流电机一样解耦并实现独立控制[8]。