基本信息
- 项目名称：
- 异步电机无速度传感器矢量控制变频器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 我们设计异步电机无速度传感器矢量控制变频器无需检测硬件，要去了速度传感器带来的种种麻烦，提高系统可靠性，降低系统成本，使系统的体积小、重量轻，而且减少电机与控制器的连线。 在电机运行之前，利用变频器自身的能力，向电机输入测试信号，对电机进行直流实验，单相实验，空载实验以及阶跃电压实验，检测出电机的响应，采样电压电流信息利用软件计算，自动辨识出电机的参数。
- 详细介绍：
- （1）分析异步电机无速度传感器矢量控制原理包括异步电机按转子磁场定向的数学模型和坐标变换原理。 （2）分析了异步电机无速度传感器矢量控制系统MRAS法辨识转速以及转子磁链估算方法原理。提出了电机转子电阻与转动惯量在线辨识方法以及PI调节器参数自整定功能的改进型无速度传感器矢量控制系统。 （3）根据电机传统试验原理，用MATLAB/SIMULINK对电机参数离线辨识和MRAS法转速辨识的异步电机无速度传感器矢量控制系统进行了仿真验证，结果表明电机参数离线辨识值准确，系统动静态性能良好。 （4）以TMS320F2812芯片为核心控制器，构建异步电机无速度传感器矢量控制系统硬件平台及软件实现。 本文虽然取得了一定的研究成果，如利用MRAS法辨识电机转速，对电机的参数依赖性较大，且基于转子磁链模型的MRAS法中对转子磁链的计算存在纯积分作用而导致计算误差等。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 针对传统的通过电机现场实验测量电机离线参数的不便，以及速度传感器的安装和使用给系统带来的诸多缺陷，本作品运用了基于无速度传感器的矢量控制系统策略，根据电机实验原理，利用变频器自身的能力，通过软件实现电机参数的离线辨识，以模型参考自适应（MRAS）法为核心算法估算异步电机转速，实时跟踪电机的实际转速，构成转速、电流的闭环控制系统，实现异步电机的高性能控制。
科学性、先进性
- 1.目前变频器的调速大都是建立在有速度传感器的基础之上的。对于高性能的闭环控制系统，速度反馈量的检测采用光电脉冲编码器、旋转变压器或测速发电机，这些检测装置的安装给系统带来了诸多缺陷。 2.变频器获得电机参数的传统方法是通过常规电机实验，这样不仅工作量大大增加，而且获得的参数也是粗略的，不能很好满足变频器参数设定的需求，况且受到现场条件的限制，不便于进行电机实验。无速度传感器矢量控制变频器无需检测硬件，免去了速度传感器带来的麻烦，提高了系统可靠性，降低了成本，使系统的体积小、重量轻。而无速度传感器矢量控制变频器在电机运行之前，利用变频器自身的能力，向电机输入测试信号，对电机进行直流实验，单相实验，空载实验以及阶跃电压实验，检测出电机的响应，采样电压电流信息利用软件计算，自动辨识出电机的参数。 3.根据异步电机无速度传感器矢量控制系统模块化结构，估算转速与给定转速波形，以及估算转速波形。电机估算转速能实时跟踪实际转速，系统具有良好的动静态性能，具有较好的鲁棒性。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在安庆师范学院举行的第三届大学生课外学术科技作品竞赛中，顺利通过了初审、复赛与决赛，众多件作品中胜出，作为六件作品之一，代表我校参加 “挑战杯”安徽省第四届大学生课外学术科技作品竞赛。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂不转让
作品可展示的形式
- 实物、产品及现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- ●技术特点 该变频器带有参数离线辨识，不需要人工测量电机参数，利用变频器自身功能,自动测量电机离线参数，再利用所得的参数进行电机无速度传感器矢量控制。 无速度传感器，减少了安装调试过程中的繁琐的工作程序，且速度传感器受环境的影响较大，在恶劣环境下，传感器不能够很好的实现精确的闭环反馈。直接采用电压电流采样分析，采用算法估算出当前转速，无需传感器检测，能够实现精确的闭环控制。 ●适应范围与市场前景 变频调速系统在我国有着非常巨大的市场需求。从应用领域来说，国内变频调速技术在经过几年的应用推广下已得到了较快的发展，变频调速技术的领域已涉及到电子、机械、石化、冶炼、纺织、汽车等多种行业，应用范围已覆盖注塑机、空压机、空调、恒压供水、纺织机等各种交流电机设备。
同类课题研究水平概述
- 20世纪60年代问世的变频器是公认的最理想、最有前途的调速方案。自20世纪80年代被引进中国以来，已得到了广泛应用，目前变频调速已经上升为电气调速传动的主流。其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高。变频器的发展经历了三个阶段； 第一阶段：①八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量。②引入频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差；③基于电机的稳态模型，用直流电流信号重建相电流，④将输出电压、电流进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度，同时也一定程度上求得电流波形的改善。这种控制方法的另一个好处是对再生引起的过电压、过电流抑制较为明显，从而可以实现快速的加减速； 第二阶段：矢量控制，也称磁场定向控制。20世纪70年代初由西德 F.Blasschke 等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。 第三阶段：1985年德国鲁尔大学Depenbrock 教授首先提出直接转矩控制理论（DTC），把转矩直接作为被控量来控制。1995 年ABB 公司首先推出的ACS600 直接转矩控制系列，已达到<2ms 的转矩响应速度在带PG 时的静态速度精度达土0.01%，在不带PG 的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到正负0.1％的速度控制精度。 目前为止，比较成熟的变频调速方法有：V/f控制、磁场定向控制、转差频率控制、直接转矩控制。对于高性能的磁场定向控制系统，速度闭环是必不可少的，转速闭环需要实时的电机转速，目前速度反馈量的检测多是采用光电脉冲编码器、旋转变压器或测速发电机。但是，由于速度传感器的安装给系统带来如下缺陷： (1) 系统的成本大大增加。 (2) 码盘在电机轴上的安装，存在同心度问题，安装不当将影响测速精度。 (3) 使电机轴向上体积增大，而且给电机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电机简单坚固的特点，降低了系统的机械鲁棒性。 (4) 在高温、高湿的恶劣环境下无法工作，而且码盘工作精度易受环境条件的影响。 因此，无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。无速度传感器磁场定向矢量控制技术的核心是如何准确的获取磁场定向角以及电机的转速信息。
