高性能磁链观测与速度观测.docVIP

基于直接转矩控制的高性能磁链观测与速度观测 祝龙记1，2 王汝琳1 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 A High Performance Flux observer and Speed Observer of Direct Torque Control Zhu Longji1,2 Wang Rulin1 1 China University of Mining and Technology, Beijing 2 Anhui University of Science and Technology Abstract: In this paper the high-performance observer methods of stator flux and rotor flux are proposed. Based on the flux observers, a novel speed estimator is designed. A last, the speed estimator combined with the flux observer is applied in the speed sensor-less direct torque control system. The simulation experiment results show that these methods can improved the accuracy of the observed speed, strengthen the robustness of system, and widen the low speed performance of direct torque control system. Keywords: stator flux; rotor flux; speed observation; direct torque control 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采用简单的电压-电流模型（u－i模型）。u－iu－i 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[4]，这种方案在应用中必须识别被控对象的数学模型，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[5]。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。 定子磁链的观测 根据异步电动机基本方程，可以得出定子α、β轴上的电动势、： ， 则定子两相磁链、为： ， 或者写成矢量形式： （1） 上式可以变换为：， （2） 上式中 为定子电阻，为转折频率，、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、，进行幅值和相位的分离后，再进行闭环反馈的幅值补偿，这样就形成了一种带幅值补偿的定子磁链观测器，其仿真模型框图如图1所示。 图1 带幅值补偿的定子磁链观测器 观测器输出的磁链采用极坐标变换后，进行幅值和相位的分离。 ， 当在0～π/2之间变化时，将在0～∞之间变化，为防止计算机计算时的溢出，得用三角函数变换关系可以得到： 增加限幅器L后，如果限幅值未发生饱和，则输出磁链为期望的纯积分效果。而当限幅器L饱和时，由于此时通过限幅器L的信号只是定子磁链幅值，而不会影响磁链的相位变化，避免了积分饱和时的正弦磁链信号的波形畸变。在直接转矩控制系统中