无速度传感器说明

无速度传感器说明：

在现代交流调速系统中，为了获得高性能的转速控制，采用了速度闭环控制，必须在电机轴上安装速度传感器。但在实际系统中，速度传感器的安装往往受到一些限制，主要存在以下几个问题[3,4]：

1) 速度传感器的安装降低了系统的鲁棒性和简单性；

2) 高精度的速度传感器价格一般比较贵，增加了系统成本； 3) 在一些恶劣的条件下（如高温、潮湿等），速度传感器的安装会降低系统

的可靠性；

4) 速度传感器的安装存在一些困难，如果安装不当会成为系统的一个故障

源。

为了避免这些问题，使得人们转而研究无需速度传感器的电机转速辨识方法。近年来，这项研究也成为交流传动的一个热点问题。国外在20世纪70年代开始了这方面的研究。而首次将无速度传感器应用于矢量控制是在1983年由R.Joetten完成的，这使得交流传动技术的发展又上了一个新的台阶。在其后的十几年中，国内外的学者在这方面做了大量的工作，到目前为止，提出了许多种方法，大体上可以分为：①动态转速估计器；②模型参考自适应（MRAS）；③基于PI调节器法；④自适应转速观测器；⑤转子齿谐波法；⑥高频注入法；⑦基于人工神经元网络的方法。

以下分别讨论动态转速估计器，模型参考自适应（MRAS），基于PI调节器法，滑模变结构观测器，在第二章建立的异步电机矢量控制仿真实验平台上仿真。

动态转速估计器[3]

这种方法从电机的电磁关系式，转速的定义中得到关于转差的表达式。电机角速度等于同步角速度?s与转差角速度?sl之差。

???s??sl （3-1）

同步角速度可以由静止坐标系下的定子电压方程式推得，由图3-1矢量关系可知

?s??d??s??s??arctg?dtdt??s??d ?p?s??s??p?s??s??s???s?22 （3-2）

??s??s?s0到

?s??s??

图3-1定子磁链矢量示意图

由静止坐标系下的定子电压方程，可以推导出磁链的表达式，代入上式，得

(us??Rsis?)?s??(us??Rsis?)?s??2s???2s? （3-3）

转差角速度在不同的参考坐标系中有不同的表达形式。在转子磁场定向控制中，

?sl?Lm?T2?d2iq1，在定子磁场定向控制中，表达式是

?sl?(1+??rp)Lsisq?r(?sd??Lsisd)，由上式可以求得转子角速度?。

这种方法的优点是直观性强，理论上讲速度的计算没有延时。但是有如下缺点：需要知道磁通，因而受磁通观测与控制精度的影响；电机参数发生变化时，计算结果会受到影响；由于缺少误差校正环节，难以保证系统的抗干扰性能，甚至可能出现不稳定的情况。

用m函数编写出来的程序如下所示： idss=u(1)+0; iqss=u(2)+0; vdss=u(3); vqss=u(4); theta=u(5); fdre=u(6); wc=1;

edss=vdss-Rs*idss; eqss=vqss-Rs*iqss;

flux_d=flux_d_o+T*(edss+wc*fdre*cos(theta)-wc*flux_d_o); flux_q=flux_q_o+T*(eqss+wc*fdre*sin(theta)-wc*flux_q_o); flux_d_r=(Lr/Lm)*(flux_d-(o*Ls*idss)); flux_q_r=(Lr/Lm)*(flux_q-(o*Ls*iqss));

flux=sqrt((flux_d_r*flux_d_r)+(flux_q_r*flux_q_r));

flux_s=sqrt(flux_d*flux_d+flux_q*flux_q);

if(flux<0.05)

wr_estimated=0; cos_theta=1; sin_theta=0; else

we=((flux_d_r*(flux_q_r-flux_q_r_o)/T)-(flux_q_r*(flux_d_r-flux_d_r_o)/T))/(flux*flux);

wsl=(Lm/Tr)*(flux_d_r*iqss-flux_q_r*idss)/(flux*flux);

wr_estimated=we-wsl; end

flux_d_o=flux_d; flux_q_o=flux_q;

flux_d_r_o=flux_d_r; flux_q_r_o=flux_q_r; reg2=reg1;

y(1)=wr_estimated; y(2)=we; y(3)=wsl;

y(4)=flux_d_r; y(5)=flux_q_r; y(6)=flux;

在第二章搭建的异步电机矢量控制仿真平台上仿真。

仿真实验一：电机空载启动停止实验。电机给定转速：0≤t≤0.2s，给定转速从0开始上升至100π rad/s；0.2s≤t≤0.5s，给定转速 100π rad/s；0≤t≤0.2s，给定转速从100π rad/s下降到0。速度给定按照以上规律周而复始变化，实现电机启动，稳态运行，以及停止。波形如图3-2所示。

仿真实验二：电机加载和卸载实验。当电机运行处于稳态时，t=1s时加上负载转矩5N?m，t=1.5s时撤去负载。波形如图3-3所示。

仿真实验三：转子电阻变化时电机运行实验。将电机转子电阻变为原来的1.5倍大小，模拟运行时由于绕组发热造成转子电阻发生变化的情形。如图3-4所示。

图3-2异步电机无速度传感器动态转速估计法矢量控制启停图

从仿真波形中可以看出，转速迅速跟随给定变化，有小的波动；在加载和减载时转矩能随之响应，定子电流幅值相应增大或减小；转速在转矩变化时会下降或上升。当转子电阻发生变化时，控制性能不是十分理想。

图3-3异步电机无速度传感器动态转速估计法矢量控制加卸载图