智能制造和绿色发展将促使能源生成和利用发生重大变化,推动了传动设备的更新换代。传统的二极管整流模式的变频器导致电网质量变差,尤其对于矿井提升机等频繁需要进行能量回馈的应用场合,电机制动时无法实现能量回馈。而三电平拓扑结构的双PWM变频器,不仅可实现“绿色”电能变换,还可实现交流异步电机的四象限运行。因此,这种结构的变频器越来越多的进入生产领域。本文以三电平双PWM变频器驱动三相异步电动机的控制系统为研究对象,重点对变频器系统启动冲击电流抑制、中点电位平衡、死区补偿、无速度传感器速度估算系统、电机参数辨识等关键技术进行系统而深入的研究。主要工作如下:(1)针对中点电位不平衡和死区效应导致网侧输出电流波形畸变问题,提出了基于模糊优化的混合式中点电位平衡算法和三闭环动态死区补偿策略。混合式中点电位平衡算法根据是否含有中矢量进行分区,不含中矢量的区域利用两电平空间矢量七段式开关序列控制算法调节中点电位的平衡,含有中矢量的区域采用基于模糊优化的时间控制因子调节算法使中点电位偏差最小,从而实现对中点电位的分区精细化控制。三闭环动态死区补偿策略是将死区补偿时间作为一个闭环加入整流器双闭环控制系统,形成带有动态死区补偿环的三闭环控制系统。通过直流母线电压和有功功率的检测值设定一个动态电流比较阈值,避免了电流过零点方向检测模糊性引起的误补偿。(2)为解决传统的电压电流双闭环控制动态运行时瞬间产生较大的冲击电流及电流跟踪延时的问题,提出一种基于电压平方外环和电流模型预测控制内环的双闭环控制策略。该控制策略外环采用电压平方反馈控制,同时进行负载电流及无功电流前馈补偿,抑制启动和负载突变时的冲击电流;电流内环以整流器的一阶差分方程为预测模型,并将整流器运行中的延时考虑在性能函数中,减小计算量的同时保留了优化控制的优点,提高了负载突变时动态电流跟踪能力。(3)为解决全阶状态观测器反馈自适应率参数寻找最优解困难的问题,提出一种部分种群给定的粒子群优化算法。该算法将利用频域方法设计好的几组参数值编码后混入随机初始种群,使得初始种群中优良品质个体的数量大大增加,提高了收敛速度和搜索效率。为解决不同转速下全阶状态观测器的离散精度和计算量相矛盾问题,提出在低速时采用欧拉法而在高速时采用简化的梯形法对全阶状态观测器进行离散化。改进的离散化方法和欧拉法相比,在高速时转速估算精度大大提高而计算量没有明显增加;和梯形法相比,在保证精度优势前提下,计算量大大减小。仿真和实验结果表明,基于上述两种算法的全阶状态观测器转速估算系统具有良好的动态响应速度和稳态精度。(4)在基于最小二乘法的电机参数辨识中,提出采用三级低通滤波器进行采样信号滤波,同时,采用预估校正法求解三级低通滤波器的状态方程,直接获得参数辨识时所需信号的一、二阶导数,使得电机模型离散化时无需对采样信号的一、二阶导数进行离散化。这样,既避免了导数离散化误差影响,又避免了辨识时二维矩阵求逆运算问题,减小辨识中计算量的同时也提高了计算精度。仿真结果表明,基于改进最小二乘法的电机参数辨识结果一致性和准确性较高。(5)根据主电路拓扑结构和实验条件,提出一整套的三电平双PWM变频器主电路参数设计方法,开发了基于DSP+CPLD全数字控制系统的小功率和大功率样机,分别进行了整流器锁相实验、整流器启动、动态性能及抗扰动性能实验,逆变器的启动、制动实验及负载实验。实验结果表明,开发的小功率和大功率样机均具有良好的静态特性和动态特性。