基于滑模定子電阻觀測器的直接轉矩控制
姜文，賀昱曜
(西北工業火學，陜西西安7I0072)
摘要：為了解決定子電阻變化對磁鏈估算的影啊，在水磁同步電動機直接轉矩控制系統的基礎上，提出了滑模自適應定子電阻觀測器；給出了理論證明，并推導出定子電阻自適應率；最后對其進行仿真。仿真結果表明，定子電阻滑模自適應觀測器增強了系統對定子電阻變化的自適應性能，克服了定子電阻變化對磁鏈估算的影響，有效地提高了系統輸出轉矩的控制精度。
0引 言
直接轉矩控制有別于矢量控制解耦的思想，采用定子磁場定向和直接在定子坐標系下控制電磁轉矩，從而獲得較好的動靜態特性。然而直接轉矩控制要使用電機的定子電阻來估算定子磁鏈，定子電阻又會隨著溫度和電流頻率發生變化，電阻發生變化就會引起定子磁鏈的觀測準確度下降，從而導致電磁轉矩的佶算存在誤差。因此，對定子電阻實施在線觀測是提高直接轉矩控制系統精度的一種重要方法。
近年來，許多學者在這方面做了大量的工作，文獻[3]提出了在異步電機驅動系統中，通過使用PI和模糊控制器對定子電流誤差進行控制，從而達到調節定子電阻的目的，這種方法的主要思想是利用定子電流誤差對定子電阻進行補償。這種方法雖然在一定程度上可以解決定子電阻變化帶來的問題，但是控制系統中的PI控制器，其參數對溫度以及環境的變化非常敏感，所以對于高精度要求，這種方法很難滿足。文獻[4]提出了使用定子磁鏈控制器估算定子電阻誤差，這種控制方法的主要思想和文獻[3]很相似，它是將磁鏈誤差通過PI控制器對定子電阻進行補償。由于滑模變結構控制能夠很好地克服環境對系統的影響，使系統具有很強的抗干擾性能和自適應性能。鑒于此，本文提出了應用滑模自適應觀測器對定子電阻進行在線觀測，并用觀測的定子電阻進行磁鏈估算。仿真表明，這種方法能夠克服定子電阻變化對系統帶來的影響，具有較強的自適應性，提高了直接轉矩控制系統的精度，增強了直接轉矩控制系統的動靜態特性。
1永磁同步電動機系統方程
永磁同步電動機在d—q坐標系(轉子旋轉坐標系)下的電壓和磁鏈方程為：
式中：p為微分算子；R為定子電阻；ω為轉子角速度；ψf為永磁體產生的磁鏈；Ld、Lq、ψd、ψq、id、iq、Ud、Uq分別為電感、磁鏈、電流、定子電壓在d、q軸上的分量。將式(3)、式(4)代人式(1)、式(2)得電壓矩陣方程：
式中：p為微分算子。由α-β坐標系(靜止坐標系]和d—q坐標系的轉換關系：
對于隱式永磁同步電動機，有Ld=Lq，則式(7)又可以寫成：
由式(8)又可以推出：
式中：eα、eβ——擴展反電動勢；
2滑模自適應觀測器的設計
根據式(10)，選擇滑模自適應觀測器為：
K為觀測器增益。令滑模面：
即：
選擇Lyapunov函數：
將式(13)代人式(16)得：
根據Lyapunov穩定性定理，要使觀測器穩定，必須由
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