基于模型参考自适应的异步电动机无速度传感器DTC

    姬宣德

(洛阳理工学院，河南洛阳471023)

   摘要：为了提高定子磁链的观测精度，将闭环磁链观测器用于直接转矩控制系统中取代传统的纯积分器；在磁链闭环观测器的基础上，依据模型参考自适应理论(MRAs)构造出了速度自适应观测器。仿真和实验结果表明，该方案成功地实现对转速的辨识，证明了方法的可行性。

    关键词：模型参考自适应；直接转矩控制；磁链观测器；速度自适应观测器

    中圈分类号：TM343  文献标识码：A  文章编号：1004—7018f2010)os一0063—04

0引言

    直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种异步电动机变频调速技术。直接转矩控制系统低速性能难以提高的重要原因是低速时定子磁链难以准确观测。传统的方法是采用纯积分器(U-I模型)作为磁链观测器，而积分器本身具有误差积累以及直流偏移问题，尤其是异步电动机运行于低速时这些问题变得非常严重，使得定子磁链在低转速下的观测变得不准确，从而使直接转矩控系统在低转速下的控制性能受到影响。为了满足高性能交流传动的需要，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

可靠性和鲁棒性，并增加T系统成本和维护要求。本文利用闭环磁链观测器取代传统的纯积分器以观测定子磁链，模型参考自适应理论(MRAS)构造出了速度自适应观测器实现对速度的估计。最后对该无速度传感器异步电动机DTC系统进行仿真和实验，仿真和实验结果证明了该方案的正确性。

1直接转矩控制的工作原理

    图1是无速度传感器直接转矩控制系统的工作原理图。利用三相／两相(3s／2s)坐标变换把被测量

三相电压ua、ub、uc和三相电流ia、ib、ic变换成在α、β坐标系下的电压uα、uβ和电流iα、iβ，通过磁链观i嵩测器得到Ψα、Ψβ。由Ψα、Ψβ、iα、iβ形成转矩模输出反馈转矩Te；由定子磁链Ψα、Ψβ形成磁链幅值模型输出定子磁链幅值|Ψs|；利用检测到的电机转速与给定转速通过转速调节器输出给定转矩巧；把在α、β坐标系下的磁链分量投影到三相定子轴线上，得到磁链区间识别器判断出定子磁链所在的区间θ。然后利用反馈转矩Te与给定转矩Te比较形成转矩开关信号；与此同时，利用反馈磁链幅值|Ψs|与给定幅值|Ψs|比较形成磁链开关信号；最后根据磁链区间、转矩开关信号和磁链开关信号最终决定电压空间矢量的选择，以实现对电机的直接转矩控制。

2高性能定子磁链观测器一全阶磁链观测器

2．1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异步电动机数学模型如下[4]:

2.2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，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，公式如下[4]：

是状态观测器的输入，输出是is，K是观测器增益矩阵。观测器的最后一项是包含观测输出is与电机真实输出is的修正项。增益矩阵匿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is与实际输出is之间存在偏差，在此情况下，该附加的|Ψs|与给定幅值|Ψs|比较形成磁链开关信号；最后根据磁链区间、转矩开关信号和磁链开关信号最终决定电压空间矢量的选择，以实现对电机的直接转矩控制。

2高性能定子磁链观测器一全阶磁链观测器

2．1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异步电动机数学模型如下[4]:

2.2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，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，公式如下[4]：

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