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202 202 异步电机无速度传感器矢量控制四种转速估算方案低速带载性能对比研究 异步电机无速度传感器矢量控制四种转速估算方案 低速带载性能对比研究 尹忠刚，杨立周，钟彦儒 (西安理工大学电气工程系，西安710048) 摘要：本文对异步电机无速度传感器矢量控制电压模型转速估算方案、电流模型转速估算方案、转矩电流误差转速估算方案及模 型参考自适应转速估算方案进行了研究，对四种转速估算方案的低速性能进行了实验，并从起动转矩、通用性及算法复杂度3个方面对 四种转速估算方案进行了综合比较与评价。 关键词：无速度传感器；转速估算；电压模型；模型参考自适应 1引言 器矢量控制电压模型转速估算方案、电流模型转速估算方案、转矩 由于不需要价格昂贵、不易维护的速度传感器，无速度传感器 电流误差转速估算方案及模型参考自适应转速估算方案的原理进 矢量控制系统以其独特的优势，吸引了国内外学者的广泛关注[i-：zl。 行分析。 经过二十多年的发展，感应电机无速度传感器矢量控制系统的研 2．1基于电压模型的转速估算 究取得了令人瞩目的成果，在中高速区域已经得到了应用，但是在 根据感应电动势与磁链变换率的关系，取电动势的积分就可 某些如矿井提升机、大型的拉丝机、轧机等需要低速大转矩的工业 以得到磁链，因此，称为电压模型。 应用场合，控制性能还很难满足人们的要求，同时新生产技术与新 两相静止坐标下的转子磁链模型由式(2)所示，由式(2)可以 型加工原料的出现，也对无速度传感器矢量控制系统低速性能提 得出基于电压模型估算转速的结构框图如图2所示。 出了更高的要求。 可以看出，电压模型法转子磁链观测器实质是一个纯积分器， 针对上述需求，本文对异步电机无速度传感器矢量控制电压 优点是：a)算法简单．b)算法不含转子电阻，因此受电机参数变化 模型转速估算方案、电流模型转速估算方案、转矩电流误差转速估 影响小；c)不需要转速信息，对于无速度传感器颇具吸引力。但是， 算方案及模型参考自适应转速估算方案进行了深入研究，并对四 在低速时，纯积分环节、定子电阻压降等问题使得电压模型的使用 种转速估算方案的低速性能实验结果进行了对比研究。 存在一定的局限。 2异步电机无速度传感器矢量控制系统转速估算方案 ‰ P．．．L ‰m -Rsi．)at-oz．i．a] 转子磁通的相角能和转子转速以及转差之间的关系为： (2) 仍=f匆出=f(q帆)出 (1) ％ = ‘一k‘一k P．．。L “扑^” 蚝b 一墨“),tt-oLsi,卢] 器札F 图2基于电压模型估算转速的结构框图 图l无速度传感器矢量控制系统框图 由式(1)可以看出，如果能观测出转子磁通角仍，并计算出转 差q。，则可以估算出转速。 无速度传感器矢量控制系统框图如图1所示。速度估算是系 统中最关键的环节之一，速度估算的准确性直接影响到调速系统 的动、静态特性，特别是低速性能。以下将对异步电机无速度传感 图3基于改进电压模型估算转速的结构框图 作者简介：尹忠刚男．1982年生，讲师。博士，主要研究方向为高性能交流 调速系统与电力电子变换器数字化控制。 针对电压模型的纯积分环节引起的误差，用一阶低通滤波器 杨立周男，1985年生．硕士研究生，主要研究方向为高性能变 代替纯积分环节。基于改进电压模型估算转速的结构框图如图3 频调速系统控制策略。 所示。 钟彦儒男，1950年生，教授，博士生导师，主要研究方向为交流 传动与新型电力电子装置。 2．2基于电流模型的转速估算 中国电源学会第十九躬学术年会论文集 中国电源学会第十九躬学术年会论文集 203 在日相静t±标下．输出自％与转子破链的荚系如式(3)所 MRAS是一种gf稳定性设计∞参数辨识方法，挥ⅡT参数 辨识∞渐进收敛。其±要目想是将{吉未知参数∞方程作为参考 模g，而将古有待辩识参敬∞方#作为Ⅵ月模g，利月目十模d具 卜2赤“r哨n，) 有相同物理意女白勺输iB嚣的*差构成合适白勺自适应律来实时橱节 日调模女待辨识的参数．最终a到控制对象的输出跟踪参考模g h=南(‰+q‰) ∞目∞。 月幅静m±标±白勺转子m链m压横女日H袁i*式(2)。其 中，Ⅱ为漏磷系数，口=l一(k—u)。两相静止坐标上的转子碰链电 流楗女日m表示*式(3)。其中，￡为转}时目常数，C=‘，耳。 从t式日u看出，电Ⅲ模女和电流模g具有相同物理意义的 棺＆置转fm链，*且自甩匿女目转速无荚．目此将自Ⅱ模Ⅻ作为 参考模g，将含有电机转速的电流摸Ⅲ作为日月横≈，利用月个模 目4基f电流模d估算转速的结构框目 i现Ⅻ∞转子碰链误差桕戚台适的自适应辜m谢节日月横女参 基f自流嚣g估算转速的结构框图如目3所币。 效．当误差趋于零时．估算转建≈f实R转4．原理框图如图6