异步电机 无速度传感 矢量控制

异步电动机无速度传感器的矢量控制研究

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（江南大学物联网工程学院 无锡·中国 214122）

摘要：无速度传感器的矢量控制重点是磁链的观测和转速的估计。由于电机在

运行过程中的参数会发生变化，必须保证磁链和转速估计的准确性，使系统具有良好的动态性能。本文应用基于超稳定性理论的模型参考自适应系统，对无速度传感器的矢量控制进行转速估计和磁链观测。对系统的仿真结果表明，基于模型参考自适应的矢量控制系统具有良好的静态和动态性能。

关键词：异步电机；无速度传感器的矢量控制；模型参考自适应；转速估计；

磁链观测

中图分类号：TM30 文献标识码：A

ABSTRACT：The key of speed sensorless vector control is flux and speed

estimation . Because the varies of parameter when the motor running, must ensure that flux and speed estimation accuracy, make the system has good dynamic performance.the speed estimation and rotor flux observation methods are studied using the theory of Model Reference Adaptive System for the speed sensorless vector control system in the article.the simulation results show the MRAS-based field oriented control system has good static and dynamic performance.

Keywords: Asynchronous motor；Sensorless vector control；MRAS；Speed

estimation；Flux observer

1 引 言

转子磁场定向控制方案具有较高的性能和实用价值，使交流调速系统的性能产生了质的飞跃。无速度传感器矢量控制更是增加了系统的简易性和鲁棒性。本文从矢量控制出发，结合电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术，建立了基于自适应状态观测器的无速度传感器矢量控制系统仿真模型，并用Matlab/simulink仿真软件对系统进行了仿真分析。

2基于电流模型的方法

在低速区域，采用速度和电流信号能更容易地估计转子磁链分量。电机 -

等效电路的转子电路方程式为

异步电机 无速度传感 矢量控制

d

r

dt

d r dt

Rri rr

r

0 (2-1)

Rrir r r 0 (2-2)

在上面方程式的两边分别加入 (LmRr/Lr)is 和 (LmRr/Lr)is ，可得到

d r dt

RrLr

(Lmis Lrir ) r r

LmRrLr

is (2-3)

d r dt

RrLr

(Lmis Lrir ) r r

LmRrLr

is （2-4）

分别将 r 和 r 的公式代入上面两式，简化后可得到

d r dt

LmTr

is r r

r （2-5）

Tr

1

1

d

r

dt

LmTr

is r

r

r （2-6）

Tr

式中，Tr Lr/Rr为转子回路的时间常数。式（2-5）和式（2-6）表明转子磁链是定子电流和速度的函数。因此，若已知这些信号，则磁链和相应的单位矢量信号就可以被估算。这些方程式被定义为用于磁链估算的电流模型，它们最初是由Blaschke提出的。Te、is 、is ，以及定子和气隙磁链，它们都可以从电流模型中估算出来。该模型的磁链估计需要一个速度编码器，但这种方法的优点是系统能零速度运行。然而，这种方法的估算精度仍受电机参数变化的影响，尤其是转子电阻受温度和集肤效应的影响存在非常大的变化并且参数的补偿也非常困难。

由于较高速度基于电压模型的磁链估计效果更好，而基于电流模型的估计可在任何速度范围内使用，因此可以建立一个混合模型用于估计，即在高速阶段采用电压模型，在低速阶段让其平稳地切换至电流模型。

3基于电流模型磁链估计的控制系统仿真

根据前面研究的磁链估计方法和模型参考自适应的转速估计方法，利用MATLAB/Simulink环境建立了基于电流模型磁链估计的无速度传感器矢量控制

异步电机 无速度传感 矢量控制

系统。

3.1.1 基于电流模型的无速度传感器矢量控制系统仿真电路图

图3.1 基于电流模型磁链估计无速度传感器矢量控制系统

图3.1所示的系统框图中主要包含有电压磁链估计子系统、电流磁链估计

子系统、转速估计子系统以及电流滞环控制子系统等，现在分别对其进行以下具体介绍。

3.1.2 仿真模型子系统说明 （1） 电流模型

图3.2 磁链电流模型

图3.2所示电流模型利用3s/2r变换将三相定子电流转化为两相同步旋转坐标系下的电流ism和ist，然后通过公式 r Lmism/(TrP 1)得到转子磁链。

（2） 电压模型

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Gain3

图3.3 磁链电压模型

图3.3通过3s/2s变换求出定子电压和电流分别在两相静止坐标系下的值，再

通过基于电压模型的磁链估计公式（3-3）和（3-4）求出转子磁链，图中还通过电流ist和估计转速 r计算出单位矢量 。

（3） 基于MARS的转速推算模块

图3.4的转速估计子系统分别利用基于电流模型估计的磁链和基于电压模型估计的磁链求出偏差 ，再利用PI积分估计出转子速度 r。这里所得的 r通过反馈到电压模型和电流模型用于计算单位矢量 ，从而形成一个完整的回路。

图3.4 转速估计子系统

（4） 电流滞环控制模块

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图3.5 滞环比较器

如图3.5所示，将给定电流i*与电机定子电流i进行比较，将得 …… 此处隐藏：2549字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……