和A分别表示定子观测磁链和转子观测磁链，Rs为定子电阻，L m、LjP L,为互 感、定子电感和转子电感，〇 = (LsL-Lm2)/LsI^为漏感系数，v s为定子电压，is为定子电流。 1；=!^/!^，表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。e是转子磁 链偏差量。观测速度治是整个模型参考自适应系统的可调变量。&和1^是？1控制器的比 例积分增益。&是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号（对于两级三 相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j= (0…6)，AJP X 2分别是转矩差和定 子磁链差在评价函数中的权值。 所述参考模块（2-1)还包括内含第三PI控制器（2-1-3)的滑模补偿优化模块 (2-1-2'），第三PI控制器（2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公 式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿优化模块（2-1-2'），将公式1矫正为公 式1"，计算获得修正后的转子观测磁链€和定子观测磁链;穴，公式5、公式1"如下，其中，Sat (S)为具有饱和特性的连续函数，^ x = isa和isP，A是一个调节 参数。4. 根据权利要求3所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：所述 异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器（2)和优化模 块（3)之间的转矩和磁链预测模块（4)，所述模型参考自适应观测器（2)的第二PI控制 器（2-4)将观测速度沿、定子观测磁链化和转子观测磁链A输送给转矩和磁链预测模块 (4);所述转矩和磁链预测模块（4)，用于将由逆变器（5)输出端获得的定子电流1和由模 型参考自适应观测器（2)获得的观测速度6、定子观测磁链:化和转子观测磁链预测出 下一时刻的定子磁链 < 和下一时刻的转矩f ,并将€和f输送给优化模块（3)。5. 根据权利要求1所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在 于：包括以下步骤， 1)获得观测速度〇步骤：模型参考自适应观测器（2)采集逆变器（5)输出端的定子电 压vs和定子电流i s，将定子电压vs和定子电流i 3输送到参考模块（2-1)，将定子电流i 3输 送到可调模块（2-2);参考模块（2-1)的基础参考模块（2-1-1)通过公式1计算出定子观 测磁链穴和转子观测磁链;之，并将转子观测磁链化输送给转子磁链偏差计算模块（2-3)， 将定子观测磁链穴和转子观测磁链€输送给优化模块（3);可调模块（2-2)将采集的定子 电流、和由第二PI控制器（2-4)获得的观测速度☆通过公式2计算出转子观测磁链#， 并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块（2-3);转子磁链偏差计算模块（2-3) 将分别由参考模块（2-1)、可调模块（2-2)获得的转子观测磁链€、转子观测磁链^^通过 公式3计算出转子磁链偏差量e，并将转子磁链偏差量e输送到第二PI控制器（2-4);第 二PI控制器（2-4)将由转子磁链偏差计算模块（2-3)获得的转子磁链偏差量e通过公式 4计算出观测速度并将观测速度治分别输送给可调模块（2-2)和第一 PI控制器（1); 2) 获得参考转矩f步骤：第一 PI控制器（1)获得参考速度《 #与观测速度々的差值 计算出参考转矩T%并将参考转矩1"输送给优化模块（3); 3) 最优电压值输出步骤：优化模块（3)将获得的定子参考磁链Ml、由第一 PI控制器 (1)获得的参考转矩f和由模型参考自适应观测器（2)获得的观测速度&、转子观测磁链 €和定子观测磁链:A通过以下公式6计算出评价函数的成本值&，获得&最小值时的参 考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa，b，。作为控制信号控制逆变器（5)输出最优 电压值给异步电机（6); 以上使用的公式如下：其中，<和A分别表示定子观测磁链和转子观测磁链，Rs为定子电阻，Lm、LjP 为互 感、定子电感和转子电感，〇 = (LsL-Lm2)/LsI^为漏感系数，v s为定子电压，is为定子电流。 1；=!^/!^，^；/表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。e是转子磁 链偏差量。观测速度是整个模型参考自适应系统的可调变量。&和1^是？1控制器的比 例积分增益。&是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号（对于两级三 相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j= (0…6)，AJP X 2分别是转矩差和定 子磁链差在评价函数中的权值。 所述步骤1)中对基础参考模块（2-1-1)进行了滑模补偿，滑模补偿模块（2-1-2)内的 第三PI控制器（2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益K ^通过公式5计算出 滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1'，上述公式如下，其中，()为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，的积分增益。6. 根据权利要求5所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在 于：其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块（4)将由逆变 器（5)输出端获得的定子电流、和由模型参考自适应观测器（2)的第二PI控制器（2-4) 获得的观测速度^、定子观测磁链穴和转子观测磁链 < 预测出下一时刻的定子磁链和 下一时刻的转矩f，并将<和尹输送给优化模块⑶；在步骤1)中模型参考自适应观测器 (2)将观测速度6、定子观测磁链穴和转子观测磁链忒输送给转矩和磁链预测模块（4)。7. 根据权利要求3所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在 于：包括以下步骤， 1) 获得观测速度治步骤：模型参考自适应观测器（2)采集逆变器（5)输出端的定子电 压vs和定子电流i s，将定子电压vs和定子电流i 3输送到参考模块（2-1)，将定子电流i 3输 送到可调模块（2-2);参考模块（2-1)的基础参考模块（2-1-1)通过公式1计算出定子观测 磁链:穴和转子观测磁链€，并将转子观测磁链.A:输送给转子磁链偏差计算模块（2-3)，将 定子观测磁链化和转子观测磁链输送给优化模块（3);可调模块（2-2)将采集的定子 电流、和由第二PI控制器（2-4)获得的观测速度心通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块（2-3);转子磁链偏差计算模块（2-3) 将分别由参考模块（2-1)、可调模块（2-2)获得的转子观测磁链A、转子观测磁链通过 公式3计算出转子磁链偏差量e，并将转子磁链偏差量e输送到第二PI控制器（2-4);第 二PI控制器（2-4)将由转子磁链偏差计算模块（2-3)获得的转子磁链偏差量e通过公式 4计算出观测速度力，并将观测速度冶,分别输送给可调模块（2-2)和第一 PI控制器⑴； 2) 获得参考转矩f步骤：第一 PI控制器（1)获得参考速度《 #与观测速度6的差值 计算出参考转矩T%并将参考转矩1"输送给优化模块（3); 3) 最优电压值输出步骤：优化模块（3)将获得的定子参考磁链M、由第一 PI控制器 (1)获得的参考转矩f和由模型参考自适应观测器（2)获得的观测速度?、转子观测磁链 €和定子观测磁链穴通过以下公式6计算出评价函数的成本值&，获得&最小值时的参 考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa，b，。作为控制信号控制逆变器（5)输出最优 电压值给异步电机（6); 以上使用的公式如下：其中，穴和€.分别表示定子观测磁链和转子观测磁链，Rs为定子电阻，L m、LjP L,为互 感、定子电感和转子电感，〇 = (LsL-Lm2)/LsI^为漏感系数，v s为定子电压，is为定子电流。 1；=!^/!^，#,/表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。e是转子磁 链偏差量。观测速度6是整个模型参考自适应系统的可调变量。&和1^是？1控制器的比 例积分增益。&是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号（对于两级三 相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j= (0…6)，AJP X 2分别是转矩差和定 子磁链差在评价函数中的权值。 所述步骤1)中对基础参考模块（2-1-1)进行了滑模优化补偿，滑模补偿优化模块 (2-1-2'）内的第三PI控制器（2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过 公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1"，上述公式 如下，其中，Sat (S)为具有饱和特性的连续函数，5'= /_、-〖，x = isa和i sp，A是一个调节参 数。8.根据权利要求7所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在 于：其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块（4)将由逆变 器（5)输出端获得的定子电流、和由模型参考自适应观测器（2)的第二PI控制器（2-4) 获得的观测速度力、定子观测磁链穴和转子观测磁链A预测出下一时刻的定子磁链€和 下一时刻的转矩:f，并将<和尸输送给优化模块（3);在步骤1)中模型参考自适应观测器 (2)将观测速度&、定子观测磁链化和转子观测磁链汽输送给转矩和磁链预测模块（4)。
【专利摘要】本发明涉及一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，包括第一PI控制器、模型参考自适应观测器、优化模块；第一PI控制器、优化模块和模型参考自适应观测器两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统经优化模块连接逆变器，逆变器连接异步电机。参考模块还包括滑模补偿模块，模型参考自适应观测器和优化模块之间还设有转矩和磁链预测模块本发明申请其克服了现有异步电机无传感器控制中存在的控制精准度不够的缺点，通过获得观测速度并计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机，实现对异步电机的高精准控制。
【IPC分类】H02P21/00
【公开号】CN104953914
【申请号】CN201510404821
【发明人】汪凤翔, 梅雪竹, 柯栋梁
【申请人】泉州装备制造研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月10日