摘 要

随着感应电机控制理论的不断完善，其调速性能可以和直流电机相媲美。也因此，在工业生产和社会生活中的许多场合，都离不开感应电机。而在一些对速度控制要求不苛刻的情况下，无速度传感器技术可以节省系统成本；在一些恶劣的工作环境中，该技术可以替代传统的速度传感器工作，解决速度传感器受工作环境影响的问题，提高生产的安全性和可靠性。本文主要研究了感应电机的无速度传感器技术和矢量控制系统设计，并将滑模控制理论应用在感应电机的速度磁链观测和矢量控制系统当中。

首先，本文对感应电机的物理模型进行了分析，据此建立感应电机在三相ABC坐标系下的数学模型。分析和推导了3/2变换、2r/2s变换以及相应的反变换等坐标变换理论，并根据坐标变换理论，推导了在不同坐标系下的状态方程，同时得出了按转子磁链定向后的mt坐标系下的状态方程，结合SVPWM的控制原理设计了完整的矢量控制系统。

其次，根据滑模控制理论和MRAS理论，分别设计了滑模观测器和MRAS观测器，用于在线估测感应电机的转速和磁链，并进行了理论上的推导分析，论证了观测器的稳定性。将观测的转速作为系统的转速反馈，利用滑模控制理论，设计了矢量控制系统的速度控制器和电流控制器，通过理论上的分析，选取合适的控制器参数就能保证系统稳定。

最后，选用simulink工具完成了滑模观测器和MRAS观测器的仿真，进一步实现了整个控制系统的仿真。通过仿真的结果，本文对设计的观测器和控制器的效果进行了分析，并从中探索问题，发现新的问题，为后期的研究工作提供依据。

关键字：感应电机；无速度传感器；滑模观测器；MRAS观测器；滑模控制器

Abstract

With the improvement of induction motor control theory , the speed control can be comparable with DC motor. And therefore, industrial production and social life in many occasions, are inseparable from the induction motor. In some harsh working conditions, the technology can replace the traditional speed sensor to work , and to solve problem that the speed sensor works in terrible environment . the speed sensor technology can save the system cost. In some harsh working environment , it also can improve the safety and reliability of production. In this paper, the design of speed sensor technology and vector control system of induction motor is mainly studied, and the sliding mode control theory is applied to the velocity flux observation and vector control system of induction motor.

Firstly, the physical model of induction motor is analyzed, and the mathematical model of induction motor in three-phase ABC coordinate system is established. The coordinate transformation theory of 3/2 transform, 2r/2s transform and corresponding inverse transformation is analyzed and deduced. Based on the coordinate transformation theory, the state equation in different coordinate systems is deduced, The mt coordinate system under the state equation, combined with SVPWM control principle designed a complete vector control system.

Secondly, according to the sliding mode control theory and MRAS theory, the sliding mode observer and the MRAS observer are designed to estimate the rotational speed and flux linkage of the induction motor on-line, and the theoretical derivation analysis is carried out. stability. The speed controller and the current controller of the vector control system are designed by using the sliding mode control theory. The theoretical parameters can be used to ensure the stability of the system by theoretical analysis.

Finally, the simulink tool was used to simulate the sliding mode observer and MRAS observer, and the simulation of the whole control system was completed. Through the simulation results, this paper analyzes the result of the designed observer and controller, explores the problems, finds new problems, and provides the basis for the later research work.

Keywords: speed sensorless; sliding mode observer; MRAS observer; sliding mode controller; induction motor

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2感应电机调速系统研究现状 1

1.3无速度传感器技术研究现状 3

1.3.1磁链观测技术 3

1.3.2感应电机速度估算 4

1.4滑模变结构控制理论研究现状 5

1.5本文主要研究内容 5

第2章 感应电机矢量控制系统 7

2.1感应电机数学模型 7

2.1.1动态模型 8

2.1.2坐标变换 10

2.1.3数学模型 12

2.1.4状态方程 13

2.2基于转子磁场定向感应电机矢量控制 14

2.3 SVPWM控制器 15

2.4本章小结 18

第3章 矢量控制系统设计 19

3.1速度磁链观测器设计 19

3.1.1滑模控制基本原理 19

3.1.2滑模观测器的设计 20

3.1.3模型参考自适应观测器 24

3.2速度控制器设计 26

3.3电流控制器设计 27

3.4本章小结 30

第4章 矢量控制系统仿真 31

4.1系统仿真图及参数设定 31

4.2测量转速反馈系统仿真 32

4.3转速磁链观测器仿真 34

4.3.1 滑模观测器仿真 34

4.3.2 MRAS观测器仿真 36

4.4 SVPWM控制器仿真 39

4.5观测转速反馈系统仿真 43

4.6本章小结 45

第5章 总结与展望 46

5.1工作总结 46

5.2工作展望 47

参考文献 48

致谢 50

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

随着社会的进步和生产力的发展，工业领域越来越不离不开感应电机。随着感应电机的控制理论的逐渐发展和完善，其调速性能已经可以跟直流电机相媲美，另外因为感应电机不需要换向器进行换向，所以其容量可以做的很大，交流感应电机正在很多场合取代直流电机。

交流电机应用的场合越来越多，有些电机需要经常工作在比较恶劣的环境当中。传统对电机速度的测量采用光电编码器等速度传感器来实现，这些传感器都有一定的工作环境的限制，一旦用在比较恶劣的环境的之中，传感器就有可能失灵，从而不能很好的反馈转速，使得控制失效，造成一定的生产事故。而无速度传感器的研究正好针对解决这一问题，无速度传感器只需要知道感应电机的电流和电压，就能通过观测器对转速进行估计。无速度传感器使系统安装速度传感器的成本可以得以减少，在恶劣的工作环境当中，可以替代传统的速度传感器工作，解决速度传感器受工作环境影响的问题，提高生产的安全性和可靠性。