电动车用交流感应电机无传感器矢量控制研究-车辆工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TM346 University Code: 10213 U.D.C: 621.3 Security: Open Dissertation for the Master’s Degree in Engineering RESEARCH ON SENSORLESS VECTOR CONTROL OF ACIM FOR ELECTRIC VEHICLES Candidate： Liao Jiangmin Supervisor： Associate Prof. Wang Dafang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Vehicle Engineering Affiliation： School of Automobile Engineering Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I I 摘 要 矢量控制技术的应用使交流系统获得了良好的动、静态性能，随着其理论的 成熟，交流感应电驱动系统以其成本低、可靠性高、维护简单等优势逐步发展成 车用电驱动系统的主流。本文结合非线性卡尔曼滤波理论针对交流感应型电机的 无传感器矢量控制展开研究，通过仿真以及实验完成了对其控制系统性能的评估。 推导了坐标变换理论并依次建立了各坐标系中电机的数学模型，详细论述了 矢量控制原理。建立了交流感应电机矢量控制系统仿真模型以及实验平台，仿真 及实验都证实了此系统性能良好。 重点分析了扩展卡尔曼滤波理论以及无迹卡尔曼滤波理论的原理及迭代流 程。结合交流感应电机状态空间方程分别建立了基于扩展卡尔曼滤波理论与基于 无迹卡尔曼滤波理论的交流感应电机转速与磁链估计模型。在详细分析了交流感 应电机状态估计迭代步骤之后，利用 MATLAB/Simulink 环境，分别建立了基于扩 展卡尔曼滤波理论与基于无迹卡尔曼滤波理论的无传感器矢量控制系统仿真模 型。仿真结果验证了系统估计准确，动、静态性能优异。 结合理论分析及仿真模型，利用 TI 公司提供的数字电机控制开发箱，实现了 无传感器矢量控制实验设计。为了验证转速和磁链的估计效果，设计并进行了动、 静态实验，实验结果进一步证明了设计的系统具有较好的性能。考虑转子电阻对 估计结果的影响，通过改变转子电阻考察了系统的估计效果，验证了系统对转子 电阻的变化具有较好的适应性。实验结果表明基于无迹卡尔曼滤波理论的估计系 统具有更快的动态响应和更小的动、静态估计误差。 为了进一步提高系统状态估计效果，对系统相电压畸变问题进行了分析，列 举了造成这一现象的原因并对误差相电压进行了量化计算，推导了误差电压公式。 针对补偿时间和电流符号两个关键要素设计了自适应补偿策略。结合无迹卡尔曼 滤波理论对误差电压进行了补偿，在实验中验证了补偿策略效果明显，改善了系 统转速与磁链的估计效果，提高了系统的控制精度。 关键词：交流感应电机；无传感器；扩展卡尔曼滤波；无迹卡尔曼滤波；自适应 补偿 II II Abstract The application of the vector control technology makes the AC system a good dynamic and static performance. As the control theory becomes more and more mature, with its advantages of low cost, high reliability and simple maintenance, AC induction drive system gradually developed into the mainstream of automotive electric drive system. Based on the nonlinear kalman filter theory, this paper concentrates on the study of sensorless vector control of AC induction motor for electric vehicle. Both simulation and experiment are carried to evaluate the performance of the control system. Coordinate transform theor