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(luò)

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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(zhuǎn)速閉環(huán)需要實時的電機轉(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。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(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的轉(zhuǎn)速信息。2000年，日本電氣學(xué)會調(diào)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(zhuǎn)矩分量誤差補償法；感應(yīng)電動勢計算法；模型參考自適應(yīng)(MRAS)法；轉(zhuǎn)子磁鏈角速度計算法。其中感應(yīng)電動勢計算法和轉(zhuǎn)子磁鏈角速度計算法是基于電機數(shù)學(xué)模型來計算轉(zhuǎn)速，屬于開環(huán)計算轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速計算的精確度容易受到干擾，而定子電流轉(zhuǎn)矩分量誤差補償法與MRAS法是基于閉環(huán)控制作用構(gòu)造轉(zhuǎn)速，可以抑制這種干擾。定子電流轉(zhuǎn)矩分量誤差補償法結(jié)構(gòu)簡單，已在一些變頻器產(chǎn)品中得到應(yīng)用，但所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確性欠佳。MRAS法則基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測電壓模型與電流模型構(gòu)造轉(zhuǎn)速辨識模型，算法簡單，能實時跟蹤電機轉(zhuǎn)速變化。在此結(jié)合應(yīng)用SVPWM技術(shù)構(gòu)建了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(shè)計的控制系統(tǒng)的性能。

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

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