異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)研究

作者：時間：2010-07-21 來源：網(wǎng)絡

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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，轉速閉環(huán)需要實時的電機轉速，目前速度反饋量的檢測多是采用光電脈沖編碼器、旋轉變壓器或測速發(fā)電機。但是，許多場合下不允許安裝任何速度 傳感器，此外安裝速度傳感器在一定程度上降低了系統(tǒng)的可靠性。因此，無速度傳感器控制的高性能通用變頻器是當前全世界自動化技術和節(jié)能應用中受到普遍關心的產(chǎn)品和開發(fā)課題。無速度傳感器磁場定向矢量控制技術的核心是如何準確的獲取磁場定向角以及電機的轉速信息。2000年，日本電氣學會調查了日本各大電氣公司生產(chǎn)的無速度傳感器控制的通用變頻器，把無速度傳感器控制方式分為4類：定子電流轉矩分量誤差補償法；感應電動勢計算法；模型參考自適應(MRAS)法；轉子磁鏈角速度計算法。其中感應電動勢計算法和轉子磁鏈角速度計算法是基于電機數(shù)學模型來計算轉速，屬于開環(huán)計算轉速，轉速計算的精確度容易受到干擾，而定子電流轉矩分量誤差補償法與MRAS法是基于閉環(huán)控制作用構造轉速，可以抑制這種干擾。定子電流轉矩分量誤差補償法結構簡單，已在一些變頻器產(chǎn)品中得到應用，但所產(chǎn)生的動態(tài)轉速準確性欠佳。MRAS法則基于轉子磁鏈觀測電壓模型與電流模型構造轉速辨識模型，算法簡單，能實時跟蹤電機轉速變化。在此結合應用SVPWM技術構建了轉子磁場定向無速度傳感器矢量 控制系統(tǒng)，采用MRAS法得到轉子轉速辨識模型，對速度進行估算。利用Matlab／Simulink對系統(tǒng)進行仿真，以驗證所設計的控制系統(tǒng)的性能。

l 異步電機轉子磁鏈及轉子轉速的估算
1．1 轉子磁鏈的估算
在轉子磁場定向異步電機元速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中，轉子磁鏈難以直接測量。實際采用的是其觀測值，只有當觀測值與實際值相等時，才能達到矢量控制的有效性。因此，準確的獲得轉子磁鏈值是實現(xiàn)矢量控制的關鍵。
按轉子磁場定向異步電機數(shù)學模型可推導出磁鏈的計算公式如下(推導過程略)，其中磁鏈的估算包括其幅值和角度。

式中：ψr為轉子磁鏈；ωs為轉差角速度；ωr為轉子轉速；isd，isq為定子d，q軸電流；Tr為轉子時間常數(shù)，Tr=Lr／Rr，Lm為定轉子互感；Lr為轉子電感；Rr為轉子電阻；θ為磁鏈角度，P=du／dt。
1．2 轉子轉速的估算
采用MRAS方法對轉子轉速進行估計?；舅枷胧牵涸诋惒诫姍C兩相靜止坐標系下，以不含有轉速變量的轉子磁鏈觀測電壓模型為參考模型，含有轉速變量的轉子磁鏈觀測電流模型為可調模型，利用波波夫超穩(wěn)定性理論設計自適應辨識規(guī)律，從而實現(xiàn)對轉子轉速進行估計。異步電機兩相靜止α，β坐標系下轉子磁鏈觀測模型如下兩式所示：