直接轉矩控制系統的兩種速度估計器比較研究
姬宣德，蔣建虎
（洛陽理工學院電氣工程與自動化系，洛陽471023）
摘要：采用全階磁鏈閉環觀測器以實現直接轉矩控制系統定子磁鏈的準確觀測。在此基礎上推導了兩種速度估計器，并對上述兩種速度估計器對比仿真和實驗。仿真和實驗結果表明：依據模型參考自適應理論設計出的速度估計器比依據李亞普諾夫理論構造的速度估計器辨識速度收斂快，動態性能更好。
關鍵詞：交流感應電動機；直接轉矩控制；速度估計囂；模型參考自適應
中圖分類號：tp271 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848{2010)02-0066-04
o引 言
為了滿足高性能交流傳動的需要，需要對速度進行閉環控制，而速度傳感器的安裝增加了系統的復雜性，降低了系統的可靠性和系統的魯棒性，并增加了系統成本和維護要求。因此，栗用無速度傳感器已經是未來交流調速發展的必然趨勢。在直接轉矩控制系統中，利用全階磁鏈閉環觀測器取代傳統的積分器以提高了對定子磁鏈的觀測精度，同時增加對電機參數的魯棒性。在全階磁鏈閉環觀測器的基礎上，設計了兩種速度估計器：一種是依據李亞普諾夫理論設計出的速度估計觀測器；第二種是依據模型參考自適應理論設計出的速度自適應觀測器。利用matlab對兩種速度估計的直接轉矩控制系統進行了仿真實現，同時又進行實驗，并對實驗和仿真結果進行了對比分析。
1 直接轉矩控制系統全階磁鏈閉環觀測器的動態數學模型
1。1異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態數學模型
以定、轉子磁鏈為狀態變量的矩陣形式電動機數學模型如下：
電磁轉矩表示為：
1. 2全階磁鏈閉環觀測器的動態數學模型
通過式(1)、式(2)所描述的異步電動機矩陣形式電機數學模型一狀態方程，可以構造出同時觀測定子磁鏈和定子電流的全階磁鏈狀態觀測器[4]：
這里，
上述表達式中，代表觀測器的估計值。u是狀態觀測器的輸入，輸出是is，k置是觀測器增益矩陣。觀測器的最后一項是包含觀測電流輸出與電機真實電流輸出的修正項。增益矩陣k起到加權矩陣的作用，用于修正觀測所得的定、轉子磁鏈狀態變量。當觀測器模型使用的矩陣a和實際系統的矩陣a之間存在差異時，必然會導致觀測器輸出與實際輸出之間存在偏差，在此情況下，該附加的修正項將進一步校正這些影響。上式中觀測增益矩陣置可以表示為如下矩陣形式：
2兩種速度估計器
2.1基于李亞普諾夫理論的速度估計器
轉速ωτ是機械變化量，當機械轉速ωτ變化遠遠低于電量變化的速度時，可以將機械轉速ωτ視作常數。據此，根據李亞普諾夫理論推導出轉速ωτ自適應收斂率，并使系統保持穩定。
圖1為基于李亞普諾夫理論的速度估計器系統框圖。考慮到估計轉速與實際轉速之間存在的偏差，定、轉子磁鏈實際值與估算值之間的動態誤差方程可以通過電動機狀態方程與全階磁鏈狀態觀測器的差值，即式(1)減去式(4)計算得到：
aa為誤差矩陣：
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