基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法
【專利摘要】基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法，屬于無(wú)速度傳感器矢量控制全階磁鏈觀測(cè)器領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，由于電機(jī)參數(shù)誤差較大，造成全階磁鏈觀測(cè)器的觀測(cè)準(zhǔn)確度低，最終導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差的問(wèn)題。根據(jù)以下準(zhǔn)則獲得全階磁鏈觀測(cè)器誤差反饋矩陣系數(shù)：觀測(cè)器極點(diǎn)實(shí)部小于異步電機(jī)極點(diǎn)實(shí)部，且都為負(fù)數(shù)，估計(jì)轉(zhuǎn)速傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)實(shí)部都為負(fù)數(shù)，利用估計(jì)磁鏈與真實(shí)磁鏈的誤差，保證系統(tǒng)在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，等效為電流模型，系統(tǒng)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，等效為電壓模型。利用轉(zhuǎn)子磁鏈相位誤差系數(shù)iλ和引入轉(zhuǎn)子磁鏈幅值誤差系數(shù)k來(lái)增加估計(jì)轉(zhuǎn)速精度。具體用在無(wú)速度傳感器矢量控制領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)速度傳感器矢量控制全階磁鏈觀測(cè)器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]異步電機(jī)矢量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦，并且具有良好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性，所以在工業(yè)系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。在很多工業(yè)場(chǎng)合中要求電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，如提升機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，挖掘機(jī)等，但是由于控制所需的轉(zhuǎn)速傳感器價(jià)格昂貴且極易損壞，所以降低了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，增加了維護(hù)成本。而無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí)，由于電機(jī)參數(shù)誤差較大，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。綜上，為了避免使用轉(zhuǎn)速傳感器，增強(qiáng)系統(tǒng)的使用壽命，有必要進(jìn)行無(wú)速度傳感器矢量控制低速穩(wěn)定運(yùn)行方案研究。
[0003]無(wú)速度傳感器矢量控制根據(jù)觀測(cè)器原理，利用異步電機(jī)動(dòng)態(tài)模型構(gòu)成的狀態(tài)方程組估計(jì)定子和轉(zhuǎn)子磁鏈，并引入誤差反饋來(lái)提高狀態(tài)變量的觀測(cè)精度。由于觀測(cè)器中包含轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變量信息，因此可以根據(jù)觀測(cè)器原理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律觀測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。但是磁鏈觀測(cè)準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)速觀測(cè)準(zhǔn)確度與電機(jī)參數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確時(shí)，會(huì)對(duì)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)造成非常大的影響。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在中高速時(shí)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)很大，所以參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的影響相對(duì)較小，無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行。但當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在低速時(shí)(30rpm以下)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)較小，電機(jī)參數(shù)的影響變大，若參數(shù)不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致磁鏈和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估計(jì)不準(zhǔn)確，造成控制失效。異步電機(jī)參數(shù)在實(shí)際工作中不可能準(zhǔn)確獲得，而且當(dāng)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，電機(jī)參數(shù)也會(huì)發(fā)生較大變化，所以控制電機(jī)在低速和極低速(15rpm以下)運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的轉(zhuǎn)速精度和穩(wěn)定性具有一定難度。
[0004]從目前現(xiàn)有的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)來(lái)看，磁鏈的觀測(cè)方法主要分為以下兩種:1)開(kāi)環(huán)磁鏈觀測(cè)。開(kāi)環(huán)磁鏈觀測(cè)是以電機(jī)動(dòng)態(tài)方程為基礎(chǔ)的磁鏈計(jì)算方法，可以分為電壓模型法，電流模型法以及開(kāi)環(huán)全階磁鏈觀測(cè)器，電壓模型法由于包含定子電阻參數(shù)，所以不適用與電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，同樣地，電流模型不適用與電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)。而開(kāi)環(huán)全階磁鏈觀測(cè)器由于沒(méi)有誤差反饋補(bǔ)償項(xiàng)，所以系統(tǒng)魯棒性較差。2)閉環(huán)磁鏈觀測(cè)。閉環(huán)磁鏈觀測(cè)相比較于開(kāi)環(huán)磁鏈觀測(cè)系統(tǒng)引入了誤差反饋?lái)?xiàng)，提高了系統(tǒng)的魯棒性。可以分為模型參考自適應(yīng)，閉環(huán)全階磁鏈觀測(cè)器，閉環(huán)降階磁鏈觀測(cè)器和卡爾曼濾波器法。目前應(yīng)用較多的為閉環(huán)全階磁鏈觀測(cè)器。對(duì)于該方法來(lái)說(shuō)，主要解決的問(wèn)題為磁鏈觀測(cè)準(zhǔn)確度和系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，這需要通過(guò)合理設(shè)計(jì)誤差反饋矩陣和轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律來(lái)滿足要求。但現(xiàn)有技術(shù)中，僅僅通過(guò)設(shè)計(jì)誤差反饋矩陣來(lái)單一的滿足觀測(cè)磁鏈準(zhǔn)確度要求，或系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。能夠同時(shí)滿足兩種要求的設(shè)計(jì)方法未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，由于電機(jī)參數(shù)誤差較大，造成全階磁鏈觀測(cè)器的觀測(cè)準(zhǔn)確度低，最終導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法。
[0006]基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法，該方法是基于現(xiàn)有的全階磁鏈觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，該方法包括如下步驟，
[0007]步驟一、在滿足以下3個(gè)條件時(shí)，獲取4個(gè)誤差反饋系數(shù)，且該4個(gè)誤差反饋系數(shù)分別為gl、g2、g3和g4，將獲取的4個(gè)誤差反饋系數(shù)代入
【權(quán)利要求】
1.基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法，該方法是基于現(xiàn)有的全階磁鏈觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，該方法包括如下步驟， 步驟一、在滿足以下3個(gè)條件時(shí)，獲取4個(gè)誤差反饋系數(shù)，且該4個(gè)誤差反饋系數(shù)分別為g1、g2、g3和g4,將獲取的4個(gè)誤差反饋系數(shù)代入
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法，其特征在于，所述的步驟二中，根據(jù)已知轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律方程:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于觀測(cè)磁鏈誤差的異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的全階磁鏈觀測(cè)器的獲取方法，其特征在于，所述的現(xiàn)有的全階磁鏈觀測(cè)器包括A、B、C、G、Ι/s、轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率、角度計(jì)算模塊、一個(gè)加法器和兩個(gè)減法器，所述的A表示全階磁鏈觀測(cè)矩陣，B表示電壓輸入矩陣，C表示電流輸出矩陣，Ι/s表示積分運(yùn)算， 加法器用于對(duì)B輸出電壓信號(hào)、A輸出的觀測(cè)信號(hào)和G輸出的誤差補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行求和，獲得轉(zhuǎn)子磁鏈微分信號(hào)， Ι/s用于對(duì)加法器輸出的轉(zhuǎn)子磁鏈微分信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，并將轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)分別發(fā)送至C、A、角度計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率，C用于輸出估計(jì)定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橫軸分量ζ和估計(jì)定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下縱軸分量，其中，一個(gè)減法器用于對(duì)輸入的實(shí)際定子電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橫軸分量isd與估計(jì)定子電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橫軸分量I作差，獲得的定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橫軸分量的誤差信號(hào)，并將該定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橫軸分量的誤差信號(hào)發(fā)送至轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率和G，另一個(gè)減法器用于對(duì)輸入的實(shí)際定子電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下縱軸分量isq與估計(jì)定子電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下縱軸分量t作差，獲得的定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下縱軸分量的誤差信號(hào)，并將該定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下縱軸分量的誤差信號(hào)同時(shí)發(fā)送至轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率和G， 角度計(jì)算模塊用與對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)進(jìn)行角度計(jì)算，A用于輸出觀測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率用于輸出轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，并將該轉(zhuǎn)`速反饋信號(hào)發(fā)送至A。
【文檔編號(hào)】H02P21/13GK103701386SQ201410003569
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】徐殿國(guó), 孫偉, 于泳, 王勃 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)