異步電機混合模型轉子磁鏈觀(guān)測器學(xué)習

調速系統中的電機控制技術(shù)的根本的目的實(shí)現轉矩精準、迅速的控制。以矢量控制的概念為基礎，達到對電機的磁鏈、轉矩分別控制的目的前提是轉子的磁場(chǎng)定向控制系統需要通過(guò)控制定子電流的勵磁分量使得轉子磁鏈幅值恒定，而后由控制定子電流轉矩分量來(lái)實(shí)現調節轉矩以及實(shí)現控制調節轉速的目的。

一、引言

調速系統中的電機控制技術(shù)的根本的目的實(shí)現轉矩精準、迅速的控制。以矢量控制的概念為基礎，達到對電機的磁鏈、轉矩分別控制的目的前提是轉子的磁場(chǎng)定向控制系統需要通過(guò)控制定子電流的勵磁分量使得轉子磁鏈幅值恒定，而后由控制定子電流轉矩分量來(lái)實(shí)現調節轉矩以及實(shí)現控制調節轉速的目的。為了實(shí)現這一目標，就必須獲得較為精準的轉子磁鏈的幅值和空間位置信息， 在實(shí)用中通常使用磁鏈觀(guān)測這一手段來(lái)實(shí)現。磁鏈觀(guān)測器應實(shí)現兩個(gè)目標：一是獲得的轉子磁鏈幅值；二則需要確保轉子磁場(chǎng)定向的準確性，從而獲得實(shí)時(shí)的磁鏈空間位置角度以用于坐標變換。

觀(guān)測異步電機轉子磁鏈的基本方法有兩種：電流模型法和電壓模型法。電流型轉子磁鏈觀(guān)測通過(guò)定子電流和電機轉速來(lái)計算轉子磁鏈；而電壓模型則通過(guò)定子電壓和定子電流進(jìn)行計算，需要對電機的反電動(dòng)勢進(jìn)行積分。電流型方法中由于需要實(shí)時(shí)轉速信息和轉子時(shí)間常數的不穩定性，故通常適用于低速情況，而電壓型觀(guān)測方法則不需要轉速信息，更適合中、 高速以及無(wú)速度傳感應用場(chǎng)合，但純積分環(huán)節則會(huì )帶來(lái)的零點(diǎn)漂移和初值問(wèn)題，且低速時(shí)下定子電阻壓降會(huì )造成觀(guān)測 結果的誤差； 本文為了克服兩種觀(guān)測模型在高、 低速應用場(chǎng)合的缺點(diǎn)，結合二者在不同速度場(chǎng)合的特點(diǎn)和實(shí)用性，介紹了電壓－電流混合模型進(jìn)行轉子磁鏈觀(guān)測器。

二、混合模型轉子磁鏈觀(guān)測器介紹

圖1 混合模型磁鏈觀(guān)測器控制框圖

由圖1 混合模型磁鏈觀(guān)測器控制框圖可知，混合模型由PI調節器連接電流模型和電壓模型磁鏈觀(guān)測器組成。

在兩相靜止坐標系下，定子磁鏈的兩個(gè)分量調節器參 數相同，采用PI控制器進(jìn)行電壓模型補償后，電壓－電流 混合模型閉環(huán)磁鏈觀(guān)測器的簡(jiǎn)化框圖如圖2所示。

圖2 混合模型磁鏈觀(guān)測器的簡(jiǎn)化框圖

混合模型磁鏈觀(guān)測器的輸出合成的轉子磁鏈是電壓模型和電流模型按一定比例合成的，其中權重系數是觀(guān)測器的特征函數。合理設計PI補償控制來(lái)實(shí)現電流、電壓模型之間的平滑切換時(shí)設計的重點(diǎn)?？梢钥吹皆陔姍C零速時(shí)，電壓模型的輸入值是電流模型的計算值，從而解決的電壓模型的積分初始值設定的問(wèn)題。用PI控制器補償電壓解決了電壓 模型在低速時(shí)受到定子電阻參數誤差影響較大的問(wèn)題和純積分環(huán)節的零漂問(wèn)題。

圖3 不同轉子磁鏈觀(guān)測器的特征函數

將混合模型的特征函數代入到統一特性方程中，得到如下公式：

三、混合模型轉子磁鏈觀(guān)測器仿真模型搭建

圖4 混合模型磁鏈觀(guān)測器系統仿真

圖5 異步電機矢量控制仿真波形變化情況

圖6 混合模型磁鏈觀(guān)測器磁鏈估計變化情況

從圖6可以發(fā)現，在改變轉速和突然加載的情況下，混合模型磁鏈觀(guān)測器都能準確的估算出轉子磁鏈。

四、總結

電流型磁鏈觀(guān)測器的在低速時(shí)能夠得到較為的轉子磁鏈觀(guān)測值，而隨著(zhù)速度的增加，觀(guān)測器受到電機參數的影響越來(lái)越大，觀(guān)測誤差也越大，已經(jīng)不能正常工作；而電壓型磁鏈觀(guān)測器在低速時(shí)受到定子電阻壓降的影響較大，不能得到的轉子磁鏈，隨著(zhù)系統速度的增加，定子電阻壓降的影響將會(huì )越來(lái)越小，觀(guān)測器能夠得到較為的轉子磁鏈觀(guān)測值；混合模型磁鏈觀(guān)測器在低速和高速情況下，都能得到較為的轉子磁鏈觀(guān)測值，而且在觀(guān)測器模型切換和電壓補償時(shí) 沒(méi)有出現明顯的振蕩。本文結合電壓型、電流型轉子磁鏈觀(guān)測器的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了混合模型轉子磁鏈觀(guān)測器，通過(guò)電流模型得到的觀(guān)測結果對電壓模型進(jìn)行修正，從而在保留了電壓型磁鏈觀(guān)測器高速性能優(yōu)良的基礎上，優(yōu)化了觀(guān)測器在低速情況下的性能，保證混合模型磁鏈觀(guān)測器在電機全速范圍均能達到較好的觀(guān)測結果，確保整個(gè)系統的穩定性，仿真結果證明了此方案的可行性。