【導(dǎo)讀】調(diào)速系統(tǒng)中的電機(jī)控制技術(shù)的根本的目的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩精準(zhǔn)、迅速的控制。以矢量控制的概念為基礎(chǔ)，達(dá)到對(duì)電機(jī)的磁鏈、轉(zhuǎn)矩分別控制的目的前提是轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)需要通過(guò)控制定子電流的勵(lì)磁分量使得轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，而后由控制定子電流轉(zhuǎn)矩分量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩以及實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。
一、引言
調(diào)速系統(tǒng)中的電機(jī)控制技術(shù)的根本的目的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩精準(zhǔn)、迅速的控制。以矢量控制的概念為基礎(chǔ)，達(dá)到對(duì)電機(jī)的磁鏈、轉(zhuǎn)矩分別控制的目的前提是轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)需要通過(guò)控制定子電流的勵(lì)磁分量使得轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，而后由控制定子電流轉(zhuǎn)矩分量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩以及實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須獲得較為精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和空間位置信息， 在實(shí)用中通常使用磁鏈觀測(cè)這一手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。磁鏈觀測(cè)器應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：一是獲得的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；二則需要確保轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的準(zhǔn)確性，從而獲得實(shí)時(shí)的磁鏈空間位置角度以用于坐標(biāo)變換。
觀測(cè)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的基本方法有兩種：電流模型法和電壓模型法。電流型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)通過(guò)定子電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈；而電壓模型則通過(guò)定子電壓和定子電流進(jìn)行計(jì)算，需要對(duì)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行積分。電流型方法中由于需要實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的不穩(wěn)定性，故通常適用于低速情況，而電壓型觀測(cè)方法則不需要轉(zhuǎn)速信息，更適合中、 高速以及無(wú)速度傳感應(yīng)用場(chǎng)合，但純積分環(huán)節(jié)則會(huì)帶來(lái)的零點(diǎn)漂移和初值問(wèn)題，且低速時(shí)下定子電阻壓降會(huì)造成觀測(cè) 結(jié)果的誤差； 本文為了克服兩種觀測(cè)模型在高、 低速應(yīng)用場(chǎng)合的缺點(diǎn)，結(jié)合二者在不同速度場(chǎng)合的特點(diǎn)和實(shí)用性，介紹了電壓－電流混合模型進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器。
二、混合模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器介紹
圖1 混合模型磁鏈觀測(cè)器控制框圖
由圖1 混合模型磁鏈觀測(cè)器控制框圖可知，混合模型由PI調(diào)節(jié)器連接電流模型和電壓模型磁鏈觀測(cè)器組成。
在兩相靜止坐標(biāo)系下，定子磁鏈的兩個(gè)分量調(diào)節(jié)器參 數(shù)相同，采用PI控制器進(jìn)行電壓模型補(bǔ)償后，電壓－電流 混合模型閉環(huán)磁鏈觀測(cè)器的簡(jiǎn)化框圖如圖2所示。
圖2 混合模型磁鏈觀測(cè)器的簡(jiǎn)化框圖
混合模型磁鏈觀測(cè)器的輸出合成的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)请妷耗Ｐ秃碗娏髂Ｐ桶匆欢ū壤铣傻模渲袡?quán)重系數(shù)是觀測(cè)器的特征函數(shù)。合理設(shè)計(jì)PI補(bǔ)償控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電流、電壓模型之間的平滑切換時(shí)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。可以看到在電機(jī)零速時(shí)，電壓模型的輸入值是電流模型的計(jì)算值，從而解決的電壓模型的積分初始值設(shè)定的問(wèn)題。用PI控制器補(bǔ)償電壓解決了電壓 模型在低速時(shí)受到定子電阻參數(shù)誤差影響較大的問(wèn)題和純積分環(huán)節(jié)的零漂問(wèn)題。
圖3 不同轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的特征函數(shù)
將混合模型的特征函數(shù)代入到統(tǒng)一特性方程中，得到如下公式：
三、混合模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器仿真模型搭建
圖4 混合模型磁鏈觀測(cè)器系統(tǒng)仿真
圖5 異步電機(jī)矢量控制仿真波形變化情況
圖6 混合模型磁鏈觀測(cè)器磁鏈估計(jì)變化情況
從圖6可以發(fā)現(xiàn)，在改變轉(zhuǎn)速和突然加載的情況下，混合模型磁鏈觀測(cè)器都能準(zhǔn)確的估算出轉(zhuǎn)子磁鏈。
四、總結(jié)
電流型磁鏈觀測(cè)器的在低速時(shí)能夠得到較為的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值，而隨著速度的增加，觀測(cè)器受到電機(jī)參數(shù)的影響越來(lái)越大，觀測(cè)誤差也越大，已經(jīng)不能正常工作；而電壓型磁鏈觀測(cè)器在低速時(shí)受到定子電阻壓降的影響較大，不能得到的轉(zhuǎn)子磁鏈，隨著系統(tǒng)速度的增加，定子電阻壓降的影響將會(huì)越來(lái)越小，觀測(cè)器能夠得到較為的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值；混合模型磁鏈觀測(cè)器在低速和高速情況下，都能得到較為的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值，而且在觀測(cè)器模型切換和電壓補(bǔ)償時(shí) 沒有出現(xiàn)明顯的振蕩。本文結(jié)合電壓型、電流型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了混合模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，通過(guò)電流模型得到的觀測(cè)結(jié)果對(duì)電壓模型進(jìn)行修正，從而在保留了電壓型磁鏈觀測(cè)器高速性能優(yōu)良的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了觀測(cè)器在低速情況下的性能，保證混合模型磁鏈觀測(cè)器在電機(jī)全速范圍均能達(dá)到較好的觀測(cè)結(jié)果，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，仿真結(jié)果證明了此方案的可行性。
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