基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法
【专利摘要】基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法，属于无速度传感器矢量控制全阶磁链观测器领域。解决了现有无速度传感器矢量控制系统在电机低速运行时，由于电机参数误差较大，造成全阶磁链观测器的观测准确度低，最终导致系统运行稳定性差的问题。根据以下准则获得全阶磁链观测器误差反馈矩阵系数：观测器极点实部小于异步电机极点实部，且都为负数，估计转速传递函数的零极点实部都为负数，利用估计磁链与真实磁链的误差，保证系统在电机低速运行时，等效为电流模型，系统电机高速运行时，等效为电压模型。利用转子磁链相位误差系数iλ和引入转子磁链幅值误差系数k来增加估计转速精度。具体用在无速度传感器矢量控制领域。
【专利说明】基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无速度传感器矢量控制全阶磁链观测器领域。
【背景技术】
[0002]异步电机矢量控制技术能够实现转矩和磁链的解耦，并且具有良好的动态特性和稳态特性，所以在工业系统中得到了非常广泛的应用。在很多工业场合中要求电机能够稳定运行在低转速区域，如提升机，卷扬机，挖掘机等，但是由于控制所需的转速传感器价格昂贵且极易损坏，所以降低了调速系统的可靠性，增加了维护成本。而无速度传感器矢量控制系统在低速运行时，由于电机参数误差较大，很容易导致系统运行不稳定。综上，为了避免使用转速传感器，增强系统的使用寿命，有必要进行无速度传感器矢量控制低速稳定运行方案研究。
[0003]无速度传感器矢量控制根据观测器原理，利用异步电机动态模型构成的状态方程组估计定子和转子磁链，并引入误差反馈来提高状态变量的观测精度。由于观测器中包含转子转速变量信息，因此可以根据观测器原理设计转速自适应律观测转子转速。但是磁链观测准确度和转速观测准确度与电机参数密切相关，当电机参数不准确时，会对电机稳定运行，尤其是电机在低速运行时造成非常大的影响。当电机运行在中高速时，电机反电动势很大，所以参数对控制系统的影响相对较小，无速度传感器矢量控制系统能够保持稳定运行。但当电机运行在低速时(30rpm以下)，电机反电动势较小，电机参数的影响变大，若参数不准确，会导致磁链和转子转速估计不准确，造成控制失效。异步电机参数在实际工作中不可能准确获得，而且当电机长时间运行后，电机参数也会发生较大变化，所以控制电机在低速和极低速(15rpm以下)运行时能够实现良好的转速精度和稳定性具有一定难度。
[0004]从目前现有的无速度传感器矢量控制技术来看，磁链的观测方法主要分为以下两种:1)开环磁链观测。开环磁链观测是以电机动态方程为基础的磁链计算方法，可以分为电压模型法，电流模型法以及开环全阶磁链观测器，电压模型法由于包含定子电阻参数，所以不适用与电机低速运行时，同样地，电流模型不适用与电机高速运行时。而开环全阶磁链观测器由于没有误差反馈补偿项，所以系统鲁棒性较差。2)闭环磁链观测。闭环磁链观测相比较于开环磁链观测系统引入了误差反馈项，提高了系统的鲁棒性。可以分为模型参考自适应，闭环全阶磁链观测器，闭环降阶磁链观测器和卡尔曼滤波器法。目前应用较多的为闭环全阶磁链观测器。对于该方法来说，主要解决的问题为磁链观测准确度和系统稳定性问题，这需要通过合理设计误差反馈矩阵和转速自适应律来满足要求。但现有技术中，仅仅通过设计误差反馈矩阵来单一的满足观测磁链准确度要求，或系统稳定性要求。能够同时满足两种要求的设计方法未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有无速度传感器矢量控制系统在电机低速运行时，由于电机参数误差较大，造成全阶磁链观测器的观测准确度低，最终导致系统运行稳定性差的问题，本发明提供了一种基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法。
[0006]基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法，该方法是基于现有的全阶磁链观测器实现的，其特征在于，该方法包括如下步骤，
[0007]步骤一、在满足以下3个条件时，获取4个误差反馈系数，且该4个误差反馈系数分别为gl、g2、g3和g4，将获取的4个误差反馈系数代入
【权利要求】
1.基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法，该方法是基于现有的全阶磁链观测器实现的，其特征在于，该方法包括如下步骤， 步骤一、在满足以下3个条件时，获取4个误差反馈系数，且该4个误差反馈系数分别为g1、g2、g3和g4,将获取的4个误差反馈系数代入
2.根据权利要求1所述的基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法，其特征在于，所述的步骤二中，根据已知转速自适应律方程:
3.根据权利要求1所述的基于观测磁链误差的异步电机无速度传感器的全阶磁链观测器的获取方法，其特征在于，所述的现有的全阶磁链观测器包括A、B、C、G、Ι/s、转速自适应率、角度计算模块、一个加法器和两个减法器，所述的A表示全阶磁链观测矩阵，B表示电压输入矩阵，C表示电流输出矩阵，Ι/s表示积分运算， 加法器用于对B输出电压信号、A输出的观测信号和G输出的误差补偿信号进行求和，获得转子磁链微分信号， Ι/s用于对加法器输出的转子磁链微分信号进行积分运算，获得转子磁链信号，并将转子磁链信号分别发送至C、A、角度计算模块、转速自适应率，C用于输出估计定子电流在旋转坐标系下横轴分量ζ和估计定子电流在旋转坐标系下纵轴分量，其中，一个减法器用于对输入的实际定子电流旋转坐标系下横轴分量isd与估计定子电流旋转坐标系下横轴分量I作差，获得的定子电流在旋转坐标系下横轴分量的误差信号，并将该定子电流在旋转坐标系下横轴分量的误差信号发送至转速自适应率和G，另一个减法器用于对输入的实际定子电流旋转坐标系下纵轴分量isq与估计定子电流旋转坐标系下纵轴分量t作差，获得的定子电流在旋转坐标系下纵轴分量的误差信号，并将该定子电流在旋转坐标系下纵轴分量的误差信号同时发送至转速自适应率和G， 角度计算模块用与对转子磁链信号进行角度计算，A用于输出观测信号，转速自适应率用于输出转速反馈信号，并将该转`速反馈信号发送至A。
【文档编号】H02P21/13GK103701386SQ201410003569
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】徐殿国, 孙伟, 于泳, 王勃 申请人:哈尔滨工业大学