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異步電機無(wú)速度傳感器矢量控制系統研究
作者：
時(shí)間：2010-07-21
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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對于高性能的磁場(chǎng)定向控制系統，速度閉環(huán)是必不可少的，轉速閉環(huán)需要實(shí)時(shí)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(chǎng)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的可靠性。因此，無(wú)速度傳感器控制的高性能通用變頻器是當前全世界自動(dòng)化技術(shù)和節能應用中受到普遍關(guān)心的產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)課題。無(wú)速度傳感器磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)的核心是如何準確的獲取磁場(chǎng)定向角以及電機的轉速信息。2000年，日本電氣學(xué)會(huì )調查了日本各大電氣公司生產(chǎn)的無(wú)速度傳感器控制的通用變頻器，把無(wú)速度傳感器控制方式分為4類(lèi)：定子電流轉矩分量誤差補償法；感應電動(dòng)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(dòng)勢計算法和轉子磁鏈角速度計算法是基于電機數學(xué)模型來(lái)計算轉速，屬于開(kāi)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(jiǎn)單，已在一些變頻器產(chǎn)品中得到應用，但所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉速準確性欠佳。MRAS法則基于轉子磁鏈觀(guān)測電壓模型與電流模型構造轉速辨識模型，算法簡(jiǎn)單，能實(shí)時(shí)跟蹤電機轉速變化。在此結合應用SVPWM技術(shù)構建了轉子磁場(chǎng)定向無(wú)速度傳感器矢量控制系統，采用MRAS法得到轉子轉速辨識模型，對速度進(jìn)行估算。利用Matlab／Simulink對系統進(jìn)行仿真，以驗證所設計的控制系統的性能。
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(chǎng)定向異步電機元速度傳感器矢量控制系統中，轉子磁鏈難以直接測量。實(shí)際采用的是其觀(guān)測值，只有當觀(guān)測值與實(shí)際值相等時(shí)，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(shí)現矢量控制的關(guān)鍵。
按轉子磁場(chǎng)定向異步電機數學(xué)模型可推導出磁鏈的計算公式如下(推導過(guò)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(shí)間常數，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(jìn)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(guān)測電壓模型為參考模型，含有轉速變量的轉子磁鏈觀(guān)測電流模型為可調模型，利用波波夫超穩定性理論設計自適應辨識規律，從而實(shí)現對轉子轉速進(jìn)行估計。異步電機兩相靜止α，β坐標系下轉子磁鏈觀(guān)測模型如下兩式所示：
式(2)不含有轉速變量，作為參考模型，式(3)含有轉速變量作為可調模型。在設計模型參考自適應律時(shí)，將電流模型轉速變量看成常數作為參考模型，式(3)作為并聯(lián)估計模型：從而得到誤差方程：
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