直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的兩種速度估計器比較研究
姬宣德，蔣建虎
（洛陽理工學(xué)院電氣工程與自動化系，洛陽471023）
摘要：采用全階磁鏈閉環(huán)觀測器以實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈的準(zhǔn)確觀測。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了兩種速度估計器，并對上述兩種速度估計器對比仿真和實驗。仿真和實驗結(jié)果表明：依據(jù)模型參考自適應(yīng)理論設(shè)計出的速度估計器比依據(jù)李亞普諾夫理論構(gòu)造的速度估計器辨識速度收斂快，動態(tài)性能更好。
關(guān)鍵詞：交流感應(yīng)電動機；直接轉(zhuǎn)矩控制；速度估計囂；模型參考自適應(yīng)
中圖分類號：tp271 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848{2010)02-0066-04
o引 言
為了滿足高性能交流傳動的需要，需要對速度進行閉環(huán)控制，而速度傳感器的安裝增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的魯棒性，并增加了系統(tǒng)成本和維護要求。因此，栗用無速度傳感器已經(jīng)是未來交流調(diào)速發(fā)展的必然趨勢。在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，利用全階磁鏈閉環(huán)觀測器取代傳統(tǒng)的積分器以提高了對定子磁鏈的觀測精度，同時增加對電機參數(shù)的魯棒性。在全階磁鏈閉環(huán)觀測器的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩種速度估計器：一種是依據(jù)李亞普諾夫理論設(shè)計出的速度估計觀測器；第二種是依據(jù)模型參考自適應(yīng)理論設(shè)計出的速度自適應(yīng)觀測器。利用matlab對兩種速度估計的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行了仿真實現(xiàn)，同時又進行實驗，并對實驗和仿真結(jié)果進行了對比分析。
1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)全階磁鏈閉環(huán)觀測器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
1。1異步電動機在兩相靜止坐標(biāo)系下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
以定、轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量的矩陣形式電動機數(shù)學(xué)模型如下：
電磁轉(zhuǎn)矩表示為：
1. 2全階磁鏈閉環(huán)觀測器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
通過式(1)、式(2)所描述的異步電動機矩陣形式電機數(shù)學(xué)模型一狀態(tài)方程，可以構(gòu)造出同時觀測定子磁鏈和定子電流的全階磁鏈狀態(tài)觀測器[4]：
這里，
上述表達式中，代表觀測器的估計值。u是狀態(tài)觀測器的輸入，輸出是is，k置是觀測器增益矩陣。觀測器的最后一項是包含觀測電流輸出與電機真實電流輸出的修正項。增益矩陣k起到加權(quán)矩陣的作用，用于修正觀測所得的定、轉(zhuǎn)子磁鏈狀態(tài)變量。當(dāng)觀測器模型使用的矩陣a和實際系統(tǒng)的矩陣a之間存在差異時，必然會導(dǎo)致觀測器輸出與實際輸出之間存在偏差，在此情況下，該附加的修正項將進一步校正這些影響。上式中觀測增益矩陣置可以表示為如下矩陣形式：
2兩種速度估計器
2.1基于李亞普諾夫理論的速度估計器
轉(zhuǎn)速ωτ是機械變化量，當(dāng)機械轉(zhuǎn)速ωτ變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電量變化的速度時，可以將機械轉(zhuǎn)速ωτ視作常數(shù)。據(jù)此，根據(jù)李亞普諾夫理論推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速ωτ自適應(yīng)收斂率，并使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。
圖1為基于李亞普諾夫理論的速度估計器系統(tǒng)框圖�？紤]到估計轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之間存在的偏差，定、轉(zhuǎn)子磁鏈實際值與估算值之間的動態(tài)誤差方程可以通過電動機狀態(tài)方程與全階磁鏈狀態(tài)觀測器的差值，即式(1)減去式(4)計算得到：
aa為誤差矩陣：
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