感應電動機矢量控制系統的閉環轉速估計方法
劉思華，王英，胡廣大
(1哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150001；2大連交通大學，遼寧大連116028)
摘要：為降低計算量，提高無速度傳感器感應電動機的轉速估計速度與磁鏈的定向準確性，基于感應電動機的電流速度模型，設計了一種簡單的閉環速度估計方法，用于無速度傳感器感應電動機矢量控制系統中的速度估計。實驗結果驗證了該方法在感應電動機控制系統應用中的有效性。
關鍵詞：感應電動機；電流速度模型；閉環速度估計；無速度傳感器
0引 言
感應電動機使用維護方便，運行可靠，價格低，因而在工業領域獲得了廣泛的應用。而在感應電動機的控制策略中，基于無速度傳感器的矢量控制技術又得到了大量的研究和使用。在無速度傳感器技術中，速度估計的好壞直接影響交流無速度傳感器控制系統的性能，近年來成為一個研究熱點。
許多學者采用了多種電機轉速辨識方法來盡可能地提高轉速估計的精度和速度。基于電壓電流的模型參考自適應方法(MRAs)因存在純積分環節，辨識準確性差，且受定子電阻影響，低速時不穩定。文獻[2]提出用高頻諧波信號注入法估計速度，可提高低速性能，但受負載影響較大。文獻[3]使用神經網絡進行轉速估計，估計精度高，低速性能好，但神經網絡實現復雜的學習算法相當費時，限制了它在實時性要求高的矢量控制系統中的應用。基于卡爾曼濾波器的轉速估計方法能夠有效地弱隨機干擾和測量噪聲的影響，但容易受電機參數變化的影響，而且計算量很大。基于以上分析，本文提出了一種簡單的速度估計方法，其原理簡單，計算量小。對于由于純積分環節帶來的初值和直流漂移等問題，本文采用了一種具有限制幅值作用的經修改的積分器來對磁鏈進行觀測，有效地提高了磁鏈和速度估計的準確性。
1感應電動機模型
在旋轉坐標系下，感應電動機的數學模型為：
Rs、Ls、Rr、Lr、Lm分別為定子電阻、定子電感、轉子電阻、轉子電感以及互感；isd、isq、ψrd、ψrq分別為d、q軸上的定子電流和轉子磁鏈；ωT為同步轉速；ωr為電機轉速；ωs為轉差，ω1-ωr=ωs；σ為電動機漏磁系數
Tr為轉子電磁時間常數．
為了在沒有電壓傳感器的條件下估計轉子磁鏈和速度，基于式(1)，可以得到一個靜止坐標系(α，β)中的感應電動機電流速度模型：
在該模型中，電機磁鏈通過對其微分形式的積分來獲得，需要的是實測的電流和轉速信號。
2閉環磁鏈和速度估計
在實際應用中要實現一個積分是非常困難的，因為一個開環的積分器通常帶來直流漂移和一些初始化問題。本文中的磁鏈和速度通過一個簡單的估計算法來獲得，所采用的積分器有一個自反饋環節，這樣可以消除開環積分所帶來的直流漂移等問題。該改進型積分器的原理框圖如圖l所示。
圖中，積分器的輸出由前饋和反饋兩部分組成。當輸入信號頻率遠遠高于截止頻率ωe時，反饋環節的增益將趨近于零，此時積分器的輸出僅由前饋部分組成；當輸入信號頻率較低時，反饋環節的主要作用就是消除直流漂移問題。假定積分器的輸入為x，輸出為y，將一個純直流信號加到輸入上，則積分器的****輸出為：
只要適當選取限幅
值L，就可以完全消除輸出中的直流成分。本文選取
即可滿足要求。
將式(2)和式(3)寫為如下形式：
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