直接转矩控制系统的两种速度估计器比较研究
姬宣德，蒋建虎
（洛阳理工学院电气工程与自动化系，洛阳471023）
摘要：采用全阶磁链闭环观测器以实现直接转矩控制系统定子磁链的准确观测。在此基础上推导了两种速度估计器，并对上述两种速度估计器对比仿真和实验。仿真和实验结果表明：依据模型参考自适应理论设计出的速度估计器比依据李亚普诺夫理论构造的速度估计器辨识速度收敛快，动态性能更好。
关键词：交流感应电动机；直接转矩控制；速度估计嚣；模型参考自适应
中图分类号：tp271 文献标志码：a 文章编号：1001-6848{2010)02-0066-04
o引 言
为了满足高性能交流传动的需要，需要对速度进行闭环控制，而速度传感器的安装增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性和系统的鲁棒性，并增加了系统成本和维护要求。因此，栗用无速度传感器已经是未来交流调速发展的必然趋势。在直接转矩控制系统中，利用全阶磁链闭环观测器取代传统的积分器以提高了对定子磁链的观测精度，同时增加对电机参数的鲁棒性。在全阶磁链闭环观测器的基础上，设计了两种速度估计器：一种是依据李亚普诺夫理论设计出的速度估计观测器；第二种是依据模型参考自适应理论设计出的速度自适应观测器。利用matlab对两种速度估计的直接转矩控制系统进行了仿真实现，同时又进行实验，并对实验和仿真结果进行了对比分析。
1 直接转矩控制系统全阶磁链闭环观测器的动态数学模型
1。1异步电动机在两相静止坐标系下的动态数学模型
以定、转子磁链为状态变量的矩阵形式电动机数学模型如下：
电磁转矩表示为：
1. 2全阶磁链闭环观测器的动态数学模型
通过式(1)、式(2)所描述的异步电动机矩阵形式电机数学模型一状态方程，可以构造出同时观测定子磁链和定子电流的全阶磁链状态观测器[4]：
这里，
上述表达式中，代表观测器的估计值。u是状态观测器的输入，输出是is，k置是观测器增益矩阵。观测器的最后一项是包含观测电流输出与电机真实电流输出的修正项。增益矩阵k起到加权矩阵的作用，用于修正观测所得的定、转子磁链状态变量。当观测器模型使用的矩阵a和实际系统的矩阵a之间存在差异时，必然会导致观测器输出与实际输出之间存在偏差，在此情况下，该附加的修正项将进一步校正这些影响。上式中观测增益矩阵置可以表示为如下矩阵形式：
2两种速度估计器
2.1基于李亚普诺夫理论的速度估计器
转速ωτ是机械变化量，当机械转速ωτ变化远远低于电量变化的速度时，可以将机械转速ωτ视作常数。据此，根据李亚普诺夫理论推导出转速ωτ自适应收敛率，并使系统保持稳定。
图1为基于李亚普诺夫理论的速度估计器系统框图。考虑到估计转速与实际转速之间存在的偏差，定、转子磁链实际值与估算值之间的动态误差方程可以通过电动机状态方程与全阶磁链状态观测器的差值，即式(1)减去式(4)计算得到：
aa为误差矩阵：
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