高性能磁链观测与速度观测

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1、基于直接转矩控制的高性能磁链观测与速度观测祝龙记2王汝琳'1中国矿业大学（北京校区）2安徽理工大学摘要：本文提出了一种高性能的定子磁链和转子磁链的观测方法，并在转子磁链的基础上估算出电机转速，最后将结合磁链观测的速度估计器应用到无速度传感器直接转矩控制系统中。仿真实验显示，这种观测方法能够提高速度的观测精度，增强系统的鲁棒性，并使直接转矩控制系统的低速性能得到较大提高。关键词：定子磁链、转子磁链、速度观测、直接转矩控制中图分类号TM921.51文献标识码AHighPerformanceFluxobserverandSpeedObserverofDirectTorqueControlZhu

2、Longji1,2WangRulin'1ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing2AnhuiUniversityofScieneeandTechnologyAbstract:Inthispaperthehigh-performcinceobservermethodsofsteitorfluxandrotorfluxarcproposed.Basedonthefluxobservers,anovelspeedestimatorisdesigned.Alast,thespeedestimatorcombinedwiththefluxobserv

3、erisappliedinthespeedsensor-lessdirecttorquecontrolsystem.Thesimulationexperimentresultsshowthatthesemethodscanimprovedtheaccuracyoftheobservedspeed,strengthentherobustnessofsystem,andwidcnthelowspeedperformanceofclirccttorquecontrolsystem.Keywords:statorflux;rotorflux;speedobservation;directtorq

4、ueconirol1、引言：直接转矩控制的一个显著的特点是定子磁场定向，定子磁链的观测一般釆用简单的电压-电流模型（u—i模型）。U—i模型只受定子电阻这一个电机参数的影响。它在高速领域能够非常准确地估计定子磁链，而在低速时由于定子电阻压降所占比例大，会使定子磁链观测精度下降以致使系统不能有效工作。另外U—i模型磁链观测器中引入了纯积分环节，它会给磁链观测器带来直流偏置误差和初始积分误差两个问题，这两种误差会在定子磁链幅值上产生交流分量，使定子磁链圆变形，转矩脉动增加，使电机出现振动噪声⑴。为了提高DTC控制系统的低速性能，同行专家想出了许多办法，文献⑵、［3］中采用低通滤波器代替积分器

5、，积分器中的直流偏移问题可以通过在滤波器中设定较大的时间常数（截止频率）来加以解决。然而采用低通滤波器必然会引起定子磁链幅值和相位的计算误差,当电机运行于低速时，使用低通滤波器观测定子磁链仍然存在严重问题，积分器的缺陷不可能从根本上得到解决。为此本文在低通滤波器基础上，设计了一种新的定子磁链观测器，该磁链观测器引入闭坏幅值补偿方法来消除直流偏置积分误差，不仅提高了低速时的磁链观测精度，而且对电机定子电阻变化的影响小。无速度传感器直接转矩控制必须对转子速度进行估算，速度估算的精度直接影响到直接转矩控制系统的性能。对于转速估计，大多数系统都采用模型参考自适应方案⑷，这种方案在应用屮必须识别被

6、控对象的数学模型，或者解决系统状态重构问题，这在实现上存在很大误差，难以获得理想的控制效果。模型参考自适应速度估计为了减小动态误差，要求辨识系统有很高的自适应律，然而仅靠PI调节器的比例与积分作用的线性组合，很难满足快速性与稳定性相一致的要求同。本文在设计高性能的定子磁链观测器的基础上，根据定子磁链的观测值推算出转子磁链，再从转子磁链中估计出转子速度，将这种速度估计方法结合定子磁链观测器构成无速度传感器直接转矩控制系统，仿真结果表明，这种无速度传感器方案能使控制系统具有良好的低速性能和鲁棒性。2、定子磁链的观测根据异步电动机基本方程，可以得出定子a、B轴上的电动势瓦&、EqEsa=（%-

7、=（叫0-is声s）则定子两相磁链0皿、0叨为：Wsa~tEs»,屮祁-JEspdt(1)或者写成矢量形式：场s=JEsdt上式可以变换为:(2)上式中/?,为定子电阻，©.为转折频率，比、为定子电压、电流。式（2）是计算磁链的纯积分替换环节一阶低通滤波器，这种方法虽然能降低直流偏置误差对定子磁链观测的影响，但是当电机定子频率接近转折频率©•时会引起新的幅值和相位误差，影响磁链观测器的精度。笔者将由公式（2）构成的磁链观测器输出的屮