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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制變頻器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 我們設(shè)計(jì)異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制變頻器無需檢測硬件，要去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少電機(jī)與控制器的連線。 在電機(jī)運(yùn)行之前，利用變頻器自身的能力，向電機(jī)輸入測試信號，對電機(jī)進(jìn)行直流實(shí)驗(yàn)，單相實(shí)驗(yàn)，空載實(shí)驗(yàn)以及階躍電壓實(shí)驗(yàn)，檢測出電機(jī)的響應(yīng)，采樣電壓電流信息利用軟件計(jì)算，自動辨識出電機(jī)的參數(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- （1）分析異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制原理包括異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場定向的數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換原理。 （2）分析了異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)MRAS法辨識轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子磁鏈估算方法原理。提出了電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)動慣量在線辨識方法以及PI調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定功能的改進(jìn)型無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)電機(jī)傳統(tǒng)試驗(yàn)原理，用MATLAB/SIMULINK對電機(jī)參數(shù)離線辨識和MRAS法轉(zhuǎn)速辨識的異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明電機(jī)參數(shù)離線辨識值準(zhǔn)確，系統(tǒng)動靜態(tài)性能良好。 （4）以TMS320F2812芯片為核心控制器，構(gòu)建異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)硬件平臺及軟件實(shí)現(xiàn)。 本文雖然取得了一定的研究成果，如利用MRAS法辨識電機(jī)轉(zhuǎn)速，對電機(jī)的參數(shù)依賴性較大，且基于轉(zhuǎn)子磁鏈模型的MRAS法中對轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算存在純積分作用而導(dǎo)致計(jì)算誤差等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 針對傳統(tǒng)的通過電機(jī)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測量電機(jī)離線參數(shù)的不便，以及速度傳感器的安裝和使用給系統(tǒng)帶來的諸多缺陷，本作品運(yùn)用了基于無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)策略，根據(jù)電機(jī)實(shí)驗(yàn)原理，利用變頻器自身的能力，通過軟件實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)的離線辨識，以模型參考自適應(yīng)（MRAS）法為核心算法估算異步電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)跟蹤電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的高性能控制。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.目前變頻器的調(diào)速大都是建立在有速度傳感器的基礎(chǔ)之上的。對于高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)，速度反饋量的檢測采用光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī)，這些檢測裝置的安裝給系統(tǒng)帶來了諸多缺陷。 2.變頻器獲得電機(jī)參數(shù)的傳統(tǒng)方法是通過常規(guī)電機(jī)實(shí)驗(yàn)，這樣不僅工作量大大增加，而且獲得的參數(shù)也是粗略的，不能很好滿足變頻器參數(shù)設(shè)定的需求，況且受到現(xiàn)場條件的限制，不便于進(jìn)行電機(jī)實(shí)驗(yàn)。無速度傳感器矢量控制變頻器無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的麻煩，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本，使系統(tǒng)的體積小、重量輕。而無速度傳感器矢量控制變頻器在電機(jī)運(yùn)行之前，利用變頻器自身的能力，向電機(jī)輸入測試信號，對電機(jī)進(jìn)行直流實(shí)驗(yàn)，單相實(shí)驗(yàn)，空載實(shí)驗(yàn)以及階躍電壓實(shí)驗(yàn)，檢測出電機(jī)的響應(yīng)，采樣電壓電流信息利用軟件計(jì)算，自動辨識出電機(jī)的參數(shù)。 3.根據(jù)異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)，估算轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速波形，以及估算轉(zhuǎn)速波形。電機(jī)估算轉(zhuǎn)速能實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，具有較好的魯棒性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在安慶師范學(xué)院舉行的第三屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，順利通過了初審、復(fù)賽與決賽，眾多件作品中勝出，作為六件作品之一，代表我校參加 “挑戰(zhàn)杯”安徽省第四屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫不轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品及現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- ●技術(shù)特點(diǎn) 該變頻器帶有參數(shù)離線辨識，不需要人工測量電機(jī)參數(shù)，利用變頻器自身功能,自動測量電機(jī)離線參數(shù)，再利用所得的參數(shù)進(jìn)行電機(jī)無速度傳感器矢量控制。 無速度傳感器，減少了安裝調(diào)試過程中的繁瑣的工作程序，且速度傳感器受環(huán)境的影響較大，在惡劣環(huán)境下，傳感器不能夠很好的實(shí)現(xiàn)精確的閉環(huán)反饋。直接采用電壓電流采樣分析，采用算法估算出當(dāng)前轉(zhuǎn)速，無需傳感器檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的閉環(huán)控制。 ●適應(yīng)范圍與市場前景 變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國有著非常巨大的市場需求。從應(yīng)用領(lǐng)域來說，國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)在經(jīng)過幾年的應(yīng)用推廣下已得到了較快的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的領(lǐng)域已涉及到電子、機(jī)械、石化、冶煉、紡織、汽車等多種行業(yè)，應(yīng)用范圍已覆蓋注塑機(jī)、空壓機(jī)、空調(diào)、恒壓供水、紡織機(jī)等各種交流電機(jī)設(shè)備。
同類課題研究水平概述
- 20世紀(jì)60年代問世的變頻器是公認(rèn)的最理想、最有前途的調(diào)速方案。自20世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國以來，已得到了廣泛應(yīng)用，目前變頻調(diào)速已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動的主流。其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)性能不高。變頻器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段； 第一階段：①八十年代初日本學(xué)者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量。②引入頻率補(bǔ)償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差；③基于電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，用直流電流信號重建相電流，④將輸出電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，以提高動態(tài)負(fù)載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度，同時(shí)也一定程度上求得電流波形的改善。這種控制方法的另一個(gè)好處是對再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實(shí)現(xiàn)快速的加減速； 第二階段：矢量控制，也稱磁場定向控制。20世紀(jì)70年代初由西德 F.Blasschke 等人首先提出，以直流電動機(jī)和交流電動機(jī)比較的方法分析闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了交流電動機(jī)等效直流電動機(jī)控制的先河。 第三階段：1985年德國魯爾大學(xué)Depenbrock 教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論（DTC），把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。1995 年ABB 公司首先推出的ACS600 直接轉(zhuǎn)矩控制系列，已達(dá)到<2ms 的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度在帶PG 時(shí)的靜態(tài)速度精度達(dá)土0.01%，在不帶PG 的情況下即使受到輸入電壓的變化或負(fù)載突變的影響，同樣可以達(dá)到正負(fù)0.1％的速度控制精度。 目前為止，比較成熟的變頻調(diào)速方法有：V/f控制、磁場定向控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、直接轉(zhuǎn)矩控制。對于高性能的磁場定向控制系統(tǒng)，速度閉環(huán)是必不可少的，轉(zhuǎn)速閉環(huán)需要實(shí)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，目前速度反饋量的檢測多是采用光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī)。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來如下缺陷： (1) 系統(tǒng)的成本大大增加。 (2) 碼盤在電機(jī)軸上的安裝，存在同心度問題，安裝不當(dāng)將影響測速精度。 (3) 使電機(jī)軸向上體積增大，而且給電機(jī)的維護(hù)帶來一定困難，同時(shí)破壞了異步電機(jī)簡單堅(jiān)固的特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的機(jī)械魯棒性。 (4) 在高溫、高濕的惡劣環(huán)境下無法工作，而且碼盤工作精度易受環(huán)境條件的影響。 因此，無速度傳感器控制的高性能通用變頻器是當(dāng)前全世界自動化技術(shù)和節(jié)能應(yīng)用中受到普遍關(guān)心的產(chǎn)品和開發(fā)課題。無速度傳感器磁場定向矢量控制技術(shù)的核心是如何準(zhǔn)確的獲取磁場定向角以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。
