一种无速度传感器矢量控制系统的研究

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1、*一种无速度传感器矢量控制系统的研究ResearchofaSpeed-SensorlessVectorControlSystem（南阳理工学院473004）张凤蕊翟天嵩ZhangFengrui，ZhaiTiansong摘要：本文基于同步轴系下的感应电动机电压磁链方程式，提出了一种感应电动机转子磁场定向的矢量控制方法，利用在同步轴系中q轴电流的误差信号实现对电机速度的估算。在该无传感器矢量控制系统中，由于采用了经典的PI调节器，使得控制系统更为简单。最后利用MATLAB建立的该无传感器矢量控制系统的仿真模型，通过仿真验证了本文所提出的无传感器矢量控制系统具有良好的动态和静态性能。关键词

2、：感应电动机无传感器矢量控制速度估算中图分类号：TM921.5文献标识码：AAbstract:Basedonthesynchronousreferenceframe,thevoltageequationsintermsoffluxlinkageofinductionmotorwasdeducedinthispaper,avector-controlledapproachbasedontherotorfieldorientationcontrolwasproposedaswell.Errorsignalofthestatorq-axiscurrentinthesynchronousre

3、ferenceframewasutilizedtoattaintheinductionmotorspeed.BecauseclassicalPIcontrollerswasused,thestructureofthesensorlessvectorcontrolwasverysimple.SimulationresultsbasedonMATLAB6.1demonstratethattheproposedvectorcontrolschemeisvalid,andthedynamicandstaticperformancearequitwell.Keywords:Inductionm

4、otorSensorlessvectorcontrolSpeedestimation1前言在感应电动机转速闭环控制中一般需要电动机的转速信息，但如果采用速度传感器，则不仅提高了成本，并且会给安装带来一些不便，使其可靠性降低。理论上通过异步电动机的电压和电流可以实时计算出转速，从而可以不使用速度传感器。无传感器控制带来以下优点：降低了系统成本，增强了系统的抗干扰性和可靠性，减少了电动机的轴项尺寸等。因此，近年来异步电动机的无传感器控制成了电气传动领域的一个重要研究方向。[1,2,3]在无传感器的异步电动机的矢量控制中已经提出了许多转速的估算方法。目前采用的主要方法有直接估算法、模型参考

5、自适应法、滑模变结构法、基于人工神经网络自适应法等转速辨识方法，在这些方法中，有些依赖电机参数，使得速度估算误差较大，有些计算复杂且不易实现。本文根据转子磁场定向的基本原理，和基于同步轴系下的感应电动机电压磁链方程式，提出了一种感应电动机转子磁场定向的矢量控制方法，利用在同步轴系中q轴电流的误差信号实现对电机速度的估算。在该无传感器矢量控制系统中，由于采用了经典的PI调节器，没有使用传统的磁链观测器，使得控制系统更为简单。然后利用MATLAB动态仿真验证了本文所提出的无传感器矢量控制方法的正确性，同时也表明该控制方法简单易行，且具有良好的动态和静态性能。2矢量控制的基本方程式[3][

6、6]根据转子磁场定向的矢量控制三相异步电动机的电压方程、磁链方程，可得感应电动机在转子磁场定向后的定子电压磁链方程式：*张凤蕊：硕士讲师河南省自然科学基金项目(资助号：0511012900)；河南省科技厅科技攻关项目(资助号：0424220170)１⎡Lm⎤R+σLp−ωσLp0⎢ss0s⎥⎢Lr⎥⎡usd⎤⎢Lm⎥⎡isd⎤(1)⎢u⎥⎢ω0σLsRs+σLspω00⎥⎢i⎥⎢sq⎥=⎢Lr⎥⎢sq⎥⎢0⎥⎢−Lm01+p0⎥⎢Ψrd⎥⎢0⎥⎢TT⎥⎢0⎥⎣⎦rr⎣⎦⎢L⎥m⎢0−sω00⎥⎢⎣Tr⎥⎦式中,usd，usq分别为定子电压的d轴与q轴分量；isd，isq分别为定子电流

7、的d轴与q轴分量；Rs，Rr分别为定子绕组与转子绕组的电阻；Ls，Lr分别为定子绕组与转子绕组的自感；Lm为定、转子绕组间的互感；ω0为同步旋转角速度；s为转差率；p为微分算子；Ψrd为转子磁链的d轴与q轴分量；σ为2漏感系数(σ=1-Lm/LrLs)；Tr为转子时间常数(Tr=Lr/Rr)。稳态时，则由(1)式可写出以下方程式：⎧uRsd=−ssdiωσ0Lssqi(2)⎪⎨LuR=+iωσLi+Ψmω⎪sqssq00ssdr⎩Lr1(3)i=Ψsdrd