一種新型極低速異步電機無(wú)速度傳感器控制方法

1引言

　　近年來(lái)，異步電機的無(wú)速度傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。目前，異步電機無(wú)速度傳感器矢量控制在中高速段已獲得良好的控制性能，但在極低速段（1Hz）卻仍未實(shí)現良好的控制。這是因為常用的異步電機無(wú)速度傳感器矢量控制方法需要利用反電勢，而反電勢在極低速時(shí)很小，受采樣精度和電機參數變化影響較大，導致控制性能降低，無(wú)法實(shí)現極低速段的無(wú)速度傳感器矢量控制。

　　為了實(shí)現極低速段的異步電機無(wú)速度傳感器控制，研究人員提出了各種控制方法。其中研究較多的是高頻信號注入法，利用注入的高頻定子電壓信號產(chǎn)生的電流響應來(lái)估計轉子位置[1]-[5]。這些基于高頻信號注入的方法都利用了異步電機的非理想特性，如轉子凸極、齒槽效應及飽和效應等。但是，這些基于高頻信號注入的方法存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即高頻響應信號常常與其他高頻諧波混合在一起，較難分離。需要采用復雜的信號處理方法獲得所需高頻響應信號，從而降低了系統響應速度，增加了控制系統的復雜性。此外，由于基于高頻信號注入的方法利用了異步電機的非理想特性，因此受電機結構影響較大，缺乏一定的通用性。

　　為避免上述高頻信號注入法所固有的各種問(wèn)題，本文提出了一種基于低頻信號注入的方法。該方法將文獻[5]中的高頻諧波信號變?yōu)榈皖l諧波信號，通過(guò)注入低頻d軸定子電流信號，利用產(chǎn)生的角度誤差估計電機轉速。該方法僅利用異步電機的基波模型，不依賴(lài)各種非理想特性，所以不受異步電機結構影響，具有普遍的適用性。此外，該方法所需低頻響應信號容易分離，消除了高頻信號注入法信號分離難的缺點(diǎn)，而且對電機參數具有較強的魯棒性，無(wú)須進(jìn)行參數估計，使得控制系統結構相對簡(jiǎn)單。仿真及實(shí)驗結果證明，本文提出的基于低頻信號注入的方法可以很好地實(shí)現極低速段異步電機無(wú)速度傳感器矢量控制。

2低頻信號注入法原理

　　由異步電機數學(xué)模型及運動(dòng)方程可知，異步電機的電磁轉矩可表示為：

圖2低頻信號注入法系統控制原理框圖

3電機參數魯棒性分析

　　由上述分析可知，本文提出的低頻信號注入法僅與注入信號及其引起的轉矩響應有關(guān)，而與異步電機的定子電阻和轉子電阻無(wú)關(guān)，因此對定轉子電阻有很好的魯棒性。

　　此外，由于在滑差轉速計算中用到了轉子時(shí)間常數，因此的變化會(huì )影響到估計轉速的準確性。盡管如此，由于在同步轉速估計中并未用到轉子時(shí)間常數，所以的變化對轉子磁鏈角度的估計沒(méi)有影響。因此，本文的方法對轉子時(shí)間常數也具有良好的魯棒性。