基于模型参考自适应和TMS320F2812的感应电机无速度传

1、第卷第期增刊仪器仪表学报年月基于模型参考自适应和的感应电机无速度传感器矢量控制樊生文乔森王占扩（北方工业大学机电工程学院北京；北京兴大豪科技开发有限公司北京）摘要：本文设计的感应电机无速度传感器矢量控制系统以为控制核心，基于转子磁场定向直接矢量控制理论，采用基于模型参考自适应的转子磁链和速度观测器，其中磁链观测器是一个由电机的开环电流模型和电压模型组成的全阶转子自适应磁链观测器。试验结果表明，该系统既具有良好的动静态性能，又具有对负载扰动、电机参数大范围变化具有较好的鲁棒性。关键词：矢量控制无速度传感器感应电机模型参考自适应（矿；，磁删：，（）：￥引言矢量控制系统具有控制精度高、低频特性优良、

2、转矩响应快等优点，因此矢量控制技术已被广泛地应用于高性能异步电机调速系统中。然而，要实现高性能交流调速就必须对转速进行闭环控制。由于安装转速、磁通传感器增加了传动系统的价格、降低了系统的可靠性、破坏了异步电动机固有的坚同性和简单性【】。因此，无速度传感器控制不仅成为了现代交流传动控制技术的一个本论文为北京市自然基金委重点资助项目和北京市教委联合资助重点项目重要研究方向，同时也是研制高性能通用变频控制器的关键技术，其主要思想为，通过测量电机定子侧的信息，对转子转速进第期增刊樊生文等：基于模型参考自适应和的感应电机无速度传感器矢量控制行估算，并将它应用到转速反馈控制系统中，实现无速度传感器的转速闭

3、环控制。它的主要依据是电机的方程，即电压电流和转子位置速度之间的耦合关系间接估测转速和转子位置，它的本质是通过软件算法实现对硬件结构的简化。无速度传感器控制技术的关键是转子磁链和转速的准确观测。本文首先建立异步电机转子磁场定向下的数学模型；在此基础上，建立了基于自适应法的模型参考自适应转子磁链和速度观测器，其中磁链观测器是一个由电机的开环电流模型和电压模型组成的全阶转子自适应磁链观测器，并将这种速度观测方法应用于以为核心的物理试验平台中。实验结果表明，该系统既具有良好的动静态性能，又具有对负载扰动、电机参数大范围变化具有较好的鲁棒性。以转子磁场定向的无速度传感器感应电机数学模型对于异步电动机矢

4、量控制系统的磁场轴的选择有三种，即转子磁场定向，气隙磁场定向，定子磁场定向。其中转子磁场定向即是按转子全磁链，定向，就是将轴取向于甲，轴。转子磁场定向可以实现励磁电流和转矩电流的完全解耦，是最佳的选择。因此本文选用转子磁场定向。由于肘轴取向于，轴，丁轴垂直于叩，轴，从而使甲，在丁轴上的分量为零，表明了转子全磁链甲，唯一由竹轴绕组中电流产生，可知定子电流矢量，（）在轴上的分量。是纯励磁电流分量，在丁轴上的分量是纯转矩分量。，在丁轴系上的分量可用方程表示为经化简可得以转子全磁链为定向轴的同步旋转坐标系上的三相异步电机数学模型为例等急麓嚣艮妇尽妇【垃峨其中等按转子磁链定向的三相异步电动机控制系统的控

5、制方程为疋孵孵缶。扣亡。等孵警砌其中，每为转子时问常数模型参考自适应转子磁链和速度观测器模型参考自适应系统（）是利用两套不同的输入变骨，两个不同结构的电机模型来估计电机的同一变量。其中不涉及被估计变量的模型称为参考模型，涉及到被变量的模型称为可调模型。利用这两个模型的输出误差来驱动一个自适应机制，产生一个转速估计值，再利用转速估计值来修正自适应模型，当自适应模型的输出与参考模型的输出完全相等时，理论上自适应机制的输出就等于电机的实际转速。否则自适应机制将不断调节，直到满足要求。根据异步电机数学模型，转子磁链的电压模“一山孵忙第卷仪器仪表学报型与电机转速无关，而转子磁链的电流模型与转速有关，因此

6、本文提出的磁场估算器选用转子磁链的电压模型为参考模型，而转子磁链的电流模型作为可调模型，其算法框图如图所示。图模型参考自适应磁链和速度观测器原理图。是一、芏彤阴疋转于目直胜锻功矾茯葫，由上述感应电机数学模型原理可得两相坐标系下的转子磁链电流可表示为：百”等匕一毒蟛）（）等专铲，一（耽，其中厶为互感，。詈为转子时间常吧为转子磁链角频率，畔为转子电气角频率。由于本文采用转子磁场定向矢量控制，有旷。蟛和昨，则（）可进一步表示为：等专磊一专蚶，；把（）通过逆变换就可得到两相定子坐标系下的定子磁链电流模型方程式为：蚶（气等耻每洌厶，蟛兰予每蟛，（）两相定子口，坐标系下的定子磁链电压模型方程式通过对带电压

7、补偿的反电动势进行积分得到，如下所示（甜三一，一甜。一，出）（”；，一尺，一。，）其中电压补偿量“删，凼，唧。驴是通过两个调节器得到的。庙，（虼一蛇。）（蚶一眩。）（）”。叩驴，（一罗：），（矽一；弦由（）可以得到两相定子坐标系下的转子磁链为：咖一（耸等心苦雌（）。咿一（等等，蝣由（）得转子磁链角度为：”一（等）（）则转子速度估计计算公式为：缉孥警謦势）模型参考自适应速度观测器的算法框图如图所为了消弱转子磁链电压模型中纯积分的影响。在转子磁链电压模型的输出引入低通滤波器，改善估计性能，但同时带来了磁链估计的相位偏差，为了平衡这偏差在参考模型中引入相同的低通滤波器引。第期增刊樊生文等：基于模型参

8、考自适应和的感应电机无速度传感器矢量控制物理实验结果分析电机带线光电编码器。本文采用上述模型参考自适应速度观测器设计了以转子磁场定向的无速度传感器感应电机矢量控制系统，其框图如图所示。本系统以三菱公司模块作为功率器件构成三相逆变电路，由整流桥、滤波电路、驱动保护电路、共同构成变频器主电路。以公司的为核心构建驱动波处理电路、模拟信号采样处理电路、光电编码器速度信号处理电路、故障保护处理电路。该系统采用模型参考自适应方法估计转子磁链和转子速度，其中速度调节器、转矩电流调节器和励磁电流调节器均采用调节器。实验用感应电机参数如下：额定功率是蝴，额定电压以矿，额定电流磊：，额定转速鼢血，额定电阻为了测试模型参考自适应转子磁链和速度观测器的准确性，系统对速度估计值和采用法对光电编码器的测速值进行了对比，如图所示。为了验证观测器的高速动态相应性能，通过软件对转速给定阶跃变化，速度估计值和定子电流的实际动态响应波形如图所示由试验结果可以得到，系统中的磁链观测器既具有高度的准确性又具有良好的动态相应性能。曩转速给定阶跃增加：转速给定阶跃减小（横轴，纵轴转速，电流）图转速给定阶跃变化时定子电流，速度估计值和实测转速响应波形图模型参考自适应转子磁链和速度观测器算法框图结论介绍了一种基于模型参考自适应方法的转子磁链和速度观测器模型，并实际应用到以为核心的无速度传感器转子磁