一种用于异步电机控制的新型滑模速度观测器研究
路 强, 沈传文, 季晓隆
(西安交通大学电气工程学院,西安 710049)
摘 要:提出了一种新颖的用于异步电机控制的滑模速度观测器。该观测器具有结构简单、新颖、易于实现的特点,在无速度传感器的电机控制系统中,能有效地消除运用滑模观测器所固有的高频速度抖动现象。该观测器利用电压和电流信号构成观测器估计电机转速、转子磁通量以及转子磁通的位置,其理论的正确性可由李雅普诺夫理论证明。将其应用于采用磁场定向矢量控制方法的无速度传感器的感应电机控制系统,实验证明,在整个调速范围内都取得了很好的效果,系统具有很好的稳态精度和动态响应性能。
关键词:异步电机;滑模速度观测器;矢量控制;无速度传感器
中图分类号: TM301. 2∶TM343 文献标识码:A 文章编号:1001-8085(2006)03-0021-05
概 述
在过去的十多年里,无速度传感器的电机转速辨识方法已取得了长足的进展。应用较多的方法有动态转速估测器和模型参考自适应系统等方法。近年来,随着现代控制理论的发展和丰富,智能控制方法有了很大的发展[1-6]。
动态转速估测器基于动态关系的电机派克方程,从电机电磁关系式及转速的定义中得到转差或转速关系的表达式。此方法直观性很强,但由于速度的估计对磁通的估计和参数的准确性依赖很强,如果缺少误差校正环节,难以保证系统的抗干扰性,实际运行中容易出现不稳定情况。
模型参考自适应系统(MRAS)在较大调速范围内有很好的性能,但是在低速时受参数变化影响大。同时, PI控制器需要调节复杂的增益系数,实施上有一定难度。
近年来,随着智能控制思想的发展,基于模糊逻辑和人工神经网络进行速度估计的方法得到了很大的发展。虽然其对参数变化和测量噪声有着良好的鲁棒性,应用前景良好,但其理论研究还不成熟,硬件实现也有一定难度,实用化尚早。
近年来,自适应的滑模速度观测器引起了许多学者的兴趣[7, 8]。滑模观测器在很宽的调速范围内拥有良好的动态性能,对电机参数也有很好的鲁棒性,具有良好的应用前景。但是滑模变技术本身存在一个固有的问题,即在高频段的速度颤抖问题,制约着滑模观测器的应用。另外,观测器需要计算多个参数,计算过程复杂,也影响着观测器的应用。
针对上述问题,本文提出了一种新型的滑模速度观测器,以提高无速度传感器感应电机控制
 电流与实际电流能很好吻合,从而确保能正确地估算出电机的实际转速。
4 结 语
本文提出了一种用于异步电机无速度控制的新型的滑模速度观测器。该观测器结构简单,对参数具有很好的鲁棒性,具有较宽的转速估计范围;将该观测器应用于间接转子磁场定向的矢量控制,理论和试验证明该方案在高速和低速区域内均有着良好的电流跟踪能力和速度估计能力;而且滑模速度观测器的参数能够跟随系统估计速度自适应地变化,在简化了观测器设计的同时,有效地消除了滑模速度观测器所固有的高频抖动问题。
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