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(yè)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(fā)生變化,電阻發(fā)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(tǒng)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(qū)動系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(tǒng)中的PI控制器,其參數(shù)對溫度以及環(huán)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(huán)境對系統(tǒng)的影響,使系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的精度,增強了直接轉矩控制系統(tǒng)的動靜態(tài)特性。
1永磁同步電動機系統(tǒng)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(chǎn)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(jù)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(shù):
將式(13)代人式(16)得:
根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性定理,要使觀測器穩(wěn)定,必須由
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