摘 要

异步电机在当今社会被广泛应用于各个领域，原因是它有以下优势：坚固耐用、价格低廉、制造简单、运行稳定、结构简单、效率高，并且具有好的机械特性。异步电机具有多种控制方式，其中被广泛运用于各个领域的是矢量控制和直接转矩控制。矢量控制系统是通过转子磁链定向进行工作的，解耦了定子电流励磁分量和转矩分量，并运用平滑的PI控制，实现了转矩和磁链平滑变化，同时通过电流闭环控制，使起、制动电流得到有效的限制。但是矢量控制系统依然具有一定的缺陷，变化的转子电阻极容易影响转子磁链计算精度，定向的准确性易受转子磁链的角度精度的影响，并且要求进行矢量变换，系统具有复杂的结构，运算方式也较繁琐。

本文主要研究异步电机矢量控制系统中的参数辨识问题,简要介绍了异步电机矢量控制的发展经历及趋势，比较异步电动机矢量控制系统参数辨识的各种方案，并设计异步电动机矢量控制系统的参数辨识方案。

关键词：异步电机；矢量控制；参数辨识；转子磁链

Abstract

The reason why induction motors are widely used, mainly because it has outstanding advantages: simple structure, reliable, easy to manufacture, inexpensive, durable, and has a high efficiency and very good operating characteristics. Control asynchronous motors are widely used vector control and direct torque control. Vector Control System Based on Rotor Flux oriented small to achieve a decoupling of the stator current component and the torque component of the excitation, and the use of smooth, continuous PI control, torque and flux changes, the current closed-loop control can effectively limit the starting and braking current. But vector control system there are still some problems affecting the rotor flux calculation accuracy is easy to change the rotor resistance, rotor flux angle accuracy of marketing orientation accuracy, and the need for vector conversion, complex structure, large amount of computation.

This paper studies the asynchronous motor vector control system parameter identification problem, briefly introduced the development experience and trends induction motor vector control programs compare asynchronous motor vector control system parameters identification, design and parameter identification of induction motor vector control system Program.

Key Words：Induction motor；Vector control；Parameter indentification；Rotor flux

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 异步电机控制方式 1

1.1.1 矢量控制 1

1.1.2 直接转矩控制 1

1.2 矢量控制的发展经历及趋势 1

1.2.1 20世纪70年代矢量控制技术的萌芽 1

1.2.2 20世纪80年代矢量控制技术的发展 1

1.2.3 20世纪90年代矢量控制应用 1

1.2.4 21世纪SVC技术迅速发展 2

1.2.5 研究现状 2

1.3 矢量控制参数辨识技术方法及其研究现状 2

1.3.1 直接辨识方法 3

1.3.2 间接辨识方法 3

1.4 本文研究内容及章节安排 4

第二章 异步电机工作原理及其矢量控制系统 5

2.1 异步电机工作原理 5

2.2 矢量控制的基本原理 6

2.2.1 产生旋转磁场的三种方法： 6

2.2.2 矢量控制的基本思想 7

2.3 三相异步电机的多变量非线性数学模型的建立 7

2.3.1 磁链方程 8

2.3.2 电压方程 9

2.3.3 电磁转矩方程 10

2.3.4 运动方程 10

2.4 矢量坐标变换 10

2.4.1 矢量坐标变换的原则 10

2.4.2 Clarke变换（三相——两相变换） 10

2.4.3 Park 变换（2s/2r 变换） 11

2.5 电压空间矢量技术(SVPWM） 12

2.6 本章小结 12

第三章 电机参数变化对矢量控制系统的影响 13

3.1 导致电机参数变化的因素 13

3.1.1 温度变化 13

3.1.2 频率变化 13

3.1.3 磁路饱和 14

3.1.4 杂散损耗 14

3.2 转子磁链受转子时间常数变化的影响 14

3.3 输出转矩受转子时间常数变化的影响 15

3.4 参数变化对矢量控制系统的影响 15

3.4.1 对矢量控制系统静态性能的影响 15

3.4.2 对矢量控制系统动态性能的影响 16

3.5 本章小结 17

第四章 异步电机参数辨识 18

4.1 对异步电机参数的离线辨识 18

4.1.1 直流实验 18

4.1.2 单相实验 19

4.1.3 堵转实验 20

4.1.4 空载实验 20

4.2 模型参考自适应控制(MRAC) 21

4.2.1 模型参考自适应基本思想 21

4.2.2 模型参考自适应律 22

4.3 基于模型参考自适应的异步电机转子参数辨识器设计 23

4.3.1 基于模型参考自适应控制辨识器总体结构设计 23

4.3.2 模型参考自适应控制误差方程的建立 23

4.3.3 转子时间常数在线辨识算法 24

4.3.4 转子时间常数参数辨识simulink仿真 26

4.3.5 转子磁链在线参数辨识算法 28

4.3.6 转子磁链参数辨识simulink仿真 31

4.4 电机定转子电阻及电感参数辨识仿真 32

4.4.1 异步电机的通用等效电路 32

4.4.2 异步电机参数的辨识方法 33

4.4.3 电机参数辨识的仿真模型 35

4.4.4 FFT变换的仿真模型 36

4.4.5 仿真结果 36

4.5 本章小结 38

第五章 总结与展望 39

参考文献 40

致谢 41

第一章 绪论

1.1 异步电机控制方式

1.1.1 矢量控制

异步电机运行过程中，定子电流形成了旋转磁场和电磁转矩。为了达到用控制直流电动机的方式控制异步电动机的目的，必须用两个垂直的直流分量来等效定子电流，基于这个等效理论而提出了矢量控制。矢量控制的核心是转子磁场的定向，磁场定向的方式主要是磁链反馈控制方式，磁场定向方法涉及到电动机参数，若实际值与参数不符合，或在电机工作时中发生了改变，均会直接导致到磁场定向的精确度降低，从而导致系统稳定性和动态特性的降低。

1.1.2 直接转矩控制

直接转矩控制系统是一种交流传动系统，具有动态性能好的优势。该系统不仅能对转矩进行反馈控制，还能使定子磁链幅值维持恒定不变的状态。直接转矩控制的关键是对电压空间矢量控制器的选取和定子磁链反馈模型的确立。其使用的是定子磁链磁场定向方式，通过定子电流给定值进行观测，从而是参数变化难以影响到矢量控制性能，而且直接转矩控制通过建立定子坐标系数学模型，从而实现对电机磁链和转矩的控制，使交流电机数学模型更为简单。直接转矩控制也具有一定的缺陷，如低速运行特性较差，输出转矩不稳定。

1.2 矢量控制的发展经历及趋势

1.2.1 20世纪70年代矢量控制技术的萌芽

矢量控制解耦并控制电机磁通和转矩，明显改善交流传动系统的动态工作特性。矢量控制运用clarke和park坐标变换和进行其余非线性运算，导致计算运行的规模庞大，由于那时的控制系统不太先进，实时控制不能得以实现。并且品闸管逆变器工作需要依靠复杂的换流电路，不仅使系统的可靠性下降，而且低开关频率的逆变器做不到响应变化迅速的电流电压。所以矢量控制在20世纪70年代没有被广泛应用于各个领域，但其显著优势引起了许多发达国家对矢量控制技术的重视与研究。

1.2.2 20世纪80年代矢量控制技术的发展