基于模型參考自適應和TMS320F2812的感應電機無速度傳感器矢量控制_圖文

1、第卷第期增刊儀器儀表學報年月基于模型參考自適應和的感應電機無速度傳感器矢量控制樊生文喬森王占擴（北方工業(yè)大學機電工程學院北京；北京興大豪科技開發(fā)有限公司北京）摘要：本文設計的感應電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)以為控制核心，基于轉子磁場定向直接矢量控制理論，采用基于模型參考自適應的轉子磁鏈和速度觀測器，其中磁鏈觀測器是一個由電機的開環(huán)電流模型和電壓模型組成的全階轉子自適應磁鏈觀測器。試驗結果表明，該系統(tǒng)既具有良好的動靜態(tài)性能，又具有對負載擾動、電機參數(shù)大范圍變化具有較好的魯棒性。關鍵詞：矢量控制無速度傳感器感應電機模型參考自適應（礦；，磁刪：，（）：￥引言矢量控制系統(tǒng)具有控制精度高、低頻特性優(yōu)良、

2、轉矩響應快等優(yōu)點，因此矢量控制技術已被廣泛地應用于高性能異步電機調(diào)速系統(tǒng)中。然而，要實現(xiàn)高性能交流調(diào)速就必須對轉速進行閉環(huán)控制。由于安裝轉速、磁通傳感器增加了傳動系統(tǒng)的價格、降低了系統(tǒng)的可靠性、破壞了異步電動機固有的堅同性和簡單性【】。因此，無速度傳感器控制不僅成為了現(xiàn)代交流傳動控制技術的一個本論文為北京市自然基金委重點資助項目和北京市教委聯(lián)合資助重點項目重要研究方向，同時也是研制高性能通用變頻控制器的關鍵技術，其主要思想為，通過測量電機定子側的信息，對轉子轉速進第期增刊樊生文等：基于模型參考自適應和的感應電機無速度傳感器矢量控制行估算，并將它應用到轉速反饋控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)無速度傳感器的轉速閉

3、環(huán)控制。它的主要依據(jù)是電機的方程，即電壓電流和轉子位置速度之間的耦合關系間接估測轉速和轉子位置，它的本質是通過軟件算法實現(xiàn)對硬件結構的簡化。無速度傳感器控制技術的關鍵是轉子磁鏈和轉速的準確觀測。本文首先建立異步電機轉子磁場定向下的數(shù)學模型；在此基礎上，建立了基于自適應法的模型參考自適應轉子磁鏈和速度觀測器，其中磁鏈觀測器是一個由電機的開環(huán)電流模型和電壓模型組成的全階轉子自適應磁鏈觀測器，并將這種速度觀測方法應用于以為核心的物理試驗平臺中。實驗結果表明，該系統(tǒng)既具有良好的動靜態(tài)性能，又具有對負載擾動、電機參數(shù)大范圍變化具有較好的魯棒性。以轉子磁場定向的無速度傳感器感應電機數(shù)學模型對于異步電動機矢

4、量控制系統(tǒng)的磁場軸的選擇有三種，即轉子磁場定向，氣隙磁場定向，定子磁場定向。其中轉子磁場定向即是按轉子全磁鏈，定向，就是將軸取向于甲，軸。轉子磁場定向可以實現(xiàn)勵磁電流和轉矩電流的完全解耦，是最佳的選擇。因此本文選用轉子磁場定向。由于肘軸取向于，軸，丁軸垂直于叩，軸，從而使甲，在丁軸上的分量為零，表明了轉子全磁鏈甲，唯一由竹軸繞組中電流產(chǎn)生，可知定子電流矢量，（）在軸上的分量。是純勵磁電流分量，在丁軸上的分量是純轉矩分量。，在丁軸系上的分量可用方程表示為經(jīng)化簡可得以轉子全磁鏈為定向軸的同步旋轉坐標系上的三相異步電機數(shù)學模型為例等急麓囂艮婦盡婦【垃峨其中等按轉子磁鏈定向的三相異步電動機控制系統(tǒng)的控

5、制方程為疋孵孵缶。扣亡。等孵警砌其中，每為轉子時問常數(shù)模型參考自適應轉子磁鏈和速度觀測器模型參考自適應系統(tǒng)（）是利用兩套不同的輸入變骨，兩個不同結構的電機模型來估計電機的同一變量。其中不涉及被估計變量的模型稱為參考模型，涉及到被變量的模型稱為可調(diào)模型。利用這兩個模型的輸出誤差來驅動一個自適應機制，產(chǎn)生一個轉速估計值，再利用轉速估計值來修正自適應模型，當自適應模型的輸出與參考模型的輸出完全相等時，理論上自適應機制的輸出就等于電機的實際轉速。否則自適應機制將不斷調(diào)節(jié)，直到滿足要求。根據(jù)異步電機數(shù)學模型，轉子磁鏈的電壓?！耙簧椒趺Φ诰韮x器儀表學報型與電機轉速無關，而轉子磁鏈的電流模型與轉速有關，因此

6、本文提出的磁場估算器選用轉子磁鏈的電壓模型為參考模型，而轉子磁鏈的電流模型作為可調(diào)模型，其算法框圖如圖所示。圖模型參考自適應磁鏈和速度觀測器原理圖。是一、芏彤陰疋轉于目直勝鍛功礬茯¨葫，由上述感應電機數(shù)學模型原理可得兩相坐標系下的轉子磁鏈電流可表示為：百”等匕一毒蟛）（）等專鏟，一（耽，其中厶為互感，。詈為轉子時間常吧為轉子磁鏈角頻率，畔為轉子電氣角頻率。由于本文采用轉子磁場定向矢量控制，有曠。蟛和昨，則（）可進一步表示為：等專磊一專蚶，；把（）通過逆變換就可得到兩相定子坐標系下的定子磁鏈電流模型方程式為：蚶（氣等恥每洌厶，蟛蘭予每蟛，（）兩相定子口，坐標系下的定子磁鏈電壓模型方程式

7、通過對帶電壓補償?shù)姆措妱觿葸M行積分得到，如下所示（甜三一，一甜。一，出）（”；，一尺，一。，）其中電壓補償量“刪，凼，唧。驢是通過兩個調(diào)節(jié)器得到的。廟，（虼一蛇。）（蚶一眩。）（）”。叩驢，（一羅：），（矽一；弦由（）可以得到兩相定子坐標系下的轉子磁鏈為：咖一（聳等心苦雌（）。咿一（等等，蝣由（）得轉子磁鏈角度為：”一（等）（）則轉子速度估計計算公式為：緝孥警謦勢）模型參考自適應速度觀測器的算法框圖如圖所為了消弱轉子磁鏈電壓模型中純積分的影響。在轉子磁鏈電壓模型的輸出引入低通濾波器，改善估計性能，但同時帶來了磁鏈估計的相位偏差，為了平衡這偏差在參考模型中引入相同的低通濾波器引。第期增刊樊生文等

8、：基于模型參考自適應和的感應電機無速度傳感器矢量控制物理實驗結果分析電機帶線光電編碼器。本文采用上述模型參考自適應速度觀測器設計了以轉子磁場定向的無速度傳感器感應電機矢量控制系統(tǒng)，其框圖如圖所示。本系統(tǒng)以三菱公司模塊作為功率器件構成三相逆變電路，由整流橋、濾波電路、驅動保護電路、共同構成變頻器主電路。以公司的為核心構建驅動波處理電路、模擬信號采樣處理電路、光電編碼器速度信號處理電路、故障保護處理電路。該系統(tǒng)采用模型參考自適應方法估計轉子磁鏈和轉子速度，其中速度調(diào)節(jié)器、轉矩電流調(diào)節(jié)器和勵磁電流調(diào)節(jié)器均采用調(diào)節(jié)器。實驗用感應電機參數(shù)如下：額定功率是蝴，額定電壓以礦，額定電流磊：，額定轉速鼢血，額定電阻為了測試模型參考自適應轉子磁鏈和速度觀測器的準確性，系統(tǒng)對速度估計值和采用法對光電編碼器的測速值進行了對比，如圖所示。為了驗證觀測器的高速動態(tài)相應性能，通過軟件對轉速給定階躍變化，速度估計值和定子電流的實際動態(tài)響應波形如圖所示由試驗結果可以得到，系統(tǒng)中的磁鏈觀測器既具有高度的準確性又具有良好的動態(tài)相應性能。曩轉速給定階躍增加：轉速給定階躍減?。M軸，縱軸轉速，電流）圖轉速給定階躍變化時定子電流，速度估計值和實測轉速響應波形圖模型參考自適應轉子磁鏈和速度觀測器算法框圖結論介紹了一種基于模型參考自適應方法的轉子磁鏈和速度觀測器模型，并實際應用到以為核心的無速度傳感器轉子磁