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基于全阶状态观测的无速度传感器矢量控制仿真
罗桂山
【期刊名称】《机电设备》
【年(卷),期】2017(034)003
【摘要】引入电流反馈,使用全阶速度观测器来对转速进行估计,系统的鲁棒性得到了提升,降低了电机本身性能与运行过程中不可预计的参数变化对系统的影响.通过Matlab建立无速度传感器矢量控制系统的仿真模型,最终的仿真结果表明本系统具有良好的稳定性.
【总页数】5页(P26-30)
【作者】罗桂山
【作者单位】海军驻上海704所军事代表室,上海 200031
【正文语种】中文
【中图分类】TM301
【相关文献】
1.基于全阶磁链观测器的异步电机无速度传感器矢量控制系统 [J], 李立明;刘忠举
2.基于全阶观测器的三电平逆变器异步电机无速度传感器矢量控制系统 [J], 张永昌;赵争鸣;张颖超;袁立强;蒋栋
3.基于分数阶滑模观测的感应电机无速度传感器矢量控制 [J], 缪仲翠;党建武;巨梅;韩天亮
4.基于全阶状态观测器的无速度传感器DTC系统 [J], 奚国华;沈红平;喻寿益;桂卫
华
5.基于全阶状态观测的无速度传感器矢量控制仿真研究 [J], 马继先;胡倩;陈源因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
拖动系统课程设计报告书题目：无速度传感器感应电机矢量控制系统设计与仿真专业：姓名：学号：指导教师：课程设计任务书矢量变换控制(Transvector Control)，也称磁场定向控制。
它是由德国学者F.Blaschke等人在1971年提出的一种新的优越的感应电机控制方式，是基于dq轴理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为d轴电流和q轴电流，其中d轴电流是励磁电流，q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。
一般将含有矢量变换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上并按转子磁场准确定向的控制，电动机才能获得最优的动态性能。
本文介绍了矢量控制系统的原理及模型的建立，搭建了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制无速度传感器调速系统的Simulink模型，并用MATLAB最终得到了仿真结果。
关键词：感应电机; 矢量控制; 磁链观测; 速度估算摘要 (iv)目录 (v)1 异步电机及Simulink模型 (1)1.1 异步电动机的稳态等效电路 (1)1.1.1 等效电路中各参数物理意义 (1)1.1.2 感应电机功率流程 (1)1.2 Simulink仿真基础 (2)1.2.1 异步电动机Simulink模型 (2)1.2.2 异步电动机模型参数设置 (3)1.3 电机测试信号分配器模块及参数设置 (4)2 矢量控制 (5)2.1 矢量控制的基本思路 (5)2.2 矢量坐标变换原理 (7)α-坐标系间的变换) (7)2.2.1 定子绕组轴系的相变换(A-B-C和β2.2.2 转子绕组轴系的变换(A-B-C和d-q坐标系间的变换) (8)3 电流正弦PWM技术 (8)4 转子磁链模型的建立 (9)4.1 基于电压电流模型设计转子磁链观测器 (9)4.2 基于转差频率设计的转子磁链观测器 (10)5 转矩计算模块 (11)6 转速推算器的设计 (11)6.1 基于转矩电流误差推算速度的方法 (11)6.2 基于模型参考自适应方法(MARS)的速度估算 (12)ϕ的速度估算方法 (13)6.3 基于空间位置角s7 感应电机矢量控制系统的Simulink仿真 (13)8 结论 (19)参考文献 (19)αβ的感应电机数学模型 (20)附录1 基于0附录2 基于dq0的感应电机数学模型 (21)附录3 基于dq0的转子磁链定向感应电机数学模型 (22)1 异步电机及Simulink 模型 感应电动机是借定子旋转磁场在转子导体中感应电流，从而产生电磁转矩的一种电机。
基于MRAS的无速度传感器矢量变换控制系统的设计与仿真曾晓斌;李全【摘要】为了能精确控制和检测异步电机的转速，设计了一款无速度传感器的转速控制系统，采用矢量控制对电机转速进行控制，并且利用 MRAS 方法对电机转速进行推算。
本文利用Matlab/simlink 构建了本系统的模型并进行仿真，仿真结果表明本文设计的转速控制系统能精确地控制并检测到电机转子的速度，并且转速对负载扰动有良好的抗干扰性。
%In order to control and detect the speed of asynchronous motors, a control system is designed. Vector control is used for control of speed, and an MRAS method is used for calculating the rotation rate of the motor. Finally, a simulation model is established under MATLAB/Simulink. The simulation results show that the speed control system can accurately control and detect the rotor speed and the speed has good resistance to load disturbance.【期刊名称】《五邑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】6页(P57-62)【关键词】无速度传感器;MRAS;矢量控制【作者】曾晓斌;李全【作者单位】五邑大学信息工程学院，广东江门 529020;五邑大学信息工程学院，广东江门 529020【正文语种】中文【中图分类】TM343矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的. 目前矢量控制的研究方向主要是提高转子磁链观测的准确性和鲁棒性. 由于使用速度传感器检测转速会增加系统的复杂性和成本且在不同的温、湿度等条件下也会影响其精确性[1]，为了避免使用速度传感器带来的问题，本文采用模型参考自适应系统Model Reference Adaptive System（MRAS）方法辨识电机转速. 目前广泛应用的无速度传感器模块主要分为以下4类：感应电动势计算法、转子磁链角速度计算法、定子电流转矩分量误差补偿法和MRAS法. 前两者推算的转速容易受干扰影响，定子电流转矩分量误差补偿法的动态转速准确性较差，而MRAS法则能实时跟踪电机转速变化.由于异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，要想在动态中准确地控制异步电动机的电磁转矩是比较困难的. 矢量控制的目的是通过矢量坐标变换，把交流电机的物理模型等效为他励直流电机的模型，将交流电机的转矩控制转换成为直流电机的转矩控制[2].矢量坐标变换是矢量控制的核心. 矢量坐标变换包括三相坐标系ABC和静止两相正交坐标系之间的变换（3/2变换）和静止两相正交坐标系到旋转坐标系的变换（变换）[3]. 矢量变换的原则是不同坐标系下绕组产生的磁动势相等，所以三相交流绕组、两相交流绕组和旋转直流绕组彼此等效.若令坐标系中的轴与转子总磁链矢量始终一致，轴与垂直，此时的坐标系称做按转子磁链定向旋转正交坐标系，简称坐标系. 此时，轴改称轴，轴改称轴. 在轴方向的转子磁链等于转子总磁链，轴方向的转子磁链等于0，若用坐标系上的转子磁链表示此方式定向的坐标系上的转子磁链，则有式中表示转子磁链在坐标系的分量，表示转子磁链在坐标系的分量. 在坐标下异步电机的数学模型如下：为同步角速度，为转差角频率，电机在稳态运行时，和为常值，在动态情况下运行时，和均是变量；为定子电压的分量；为定子电流的分量，、为转子电流的、分量. 由式子（1）可得坐标系下的电磁转矩和转子磁链：式中为转子电磁时间常数，.通过坐标系，可以将定子电流的励磁分量和转矩分量完全解耦，改变励磁分量的值可以影响转子磁链的值，电磁转矩则受转矩分量值的影响. 这样励磁分量与转矩分量能与直流电机中的励磁电流与电枢电流相对应，把交流电机等效为直流电机进行控制.矢量控制的过程首先是将定子电流励磁分量给定值和转矩分量给定值，经过反旋转变换得到和，再经过2/3变换得到三相电流给定值、和，然后通过电流跟踪PWM 控制变频器输出三相电流，对电机进行调速控制[4]. 转子磁链定向的矢量控制调速系统原理如图1所示.图中ASR为转速调节器，AΨR为转子磁链调节器，ATR为转矩调节器，FBS为速度传感器. 当转子磁链发生波动时，转矩调节器ATR会及时调整的值，以减少转子磁链变化带来的影响，尽量令转速保持不变. 转子磁链调节器AΨR是用于调节定子电流转矩分量给定值，确保转子磁链恒定.MRAS基本思想是选取转子磁链的电压方程作为参考模型、电流方程作为可调模型分别计算转子磁链，将两个模型输出的转子磁链进行对比，最后通过PI控制器估算得出转子转速[5].式中，为推算转子角速度，、为电压模型法计算得出的转子磁链在坐标下的分量；、为电流模型法计算得出的转子磁链在坐标下的分量.电流模型法是根据磁链和电流的关系计算转子磁链在坐标下的分量. 通过对检测得到的定子电流、、进行3/2变换，得到坐标系下的分量、，由式（5）、（6）计算得和. 电流模型法的计算模型图如图2所示.式中，为转子角速度.电压模型法是根据感应电动势等于磁链变化率的关系，计算转子磁链在坐标下的分量. 对定子三相电压、、和定子电流、、分别进行3/2变换，得到坐标系下的分量、和、. 由式子（7）、（8）计算得转子磁链在坐标下的分量、[6]. 电压模型法的计算模型图如图3所示.式中为转子电感，为定子电感，为互感，漏磁系数.为了验证推算电机转速的准确性，采用Matlab中的simulink工具箱搭建系统模型，并进行仿真，仿真的系统模型如图4所示，图5为根据MRAS方法搭建的转速推算模块. 系统主要包括交流电机、逆变器、PWM生成模块、转速推算模块和3个PI调节器.本系统选用的三相异步电机参数设置如下：380 V、50 Hz、2对极，，，，，，. 定子绕组自感；转子绕组自感；漏磁系数；转子时间常数.电机在空载和加载过程中电机的定子A相电流、电磁转矩、转子磁链幅值（PHIR）和转子磁链轨迹的变化情况如图6-9示. 图10、图11分别表示电机估算转速和实际转速. 电机在启动时，转速逐渐上升，磁链轨迹波动很大，引起转矩的大幅度波动；在0.6 s时，转速到达给定值1 200 r/min，此时A相电流下降为空载电流，转矩也相应降低为. 电机在0.6 s突加负载，转速略有下降后仍然保持为1 200r/min，转矩经调整后保持为，此时定子A相电流上升为.比较图10、图11，电机在启动过程中两组转速都平缓上升，转速到达给定转速后，估算转速有小幅度的波动，检测转速则相对平缓，两者相差很小. 电机0.6 s加载后，转子检测转速略有下降后能保持稳定；估算转速出现波动，此时通过调节PI控制器的比例、积分环节可以尽可能地减少波动. 可见，本系统采用MRAS法搭建的转速估算模型估算到的转速符合工程需求.本文设计的基于转子磁链定向的矢量控制方法，采用转速、电流的双闭环控制，不仅具有良好的动、静态性能，而且能减少负载波动对电机转速的影响，具有强鲁棒性. 调速控制系统仿真结果表明电机转速、转矩对负载扰动有良好的响应，并且MRAS方法估测的转子转速与实际转速相差较少，说明本系统在无速度传感器下能实现转速估测，可以广泛应用在工程实践中. 但是推算的转速达到额定转速后有小幅度的波动，与实际转速有一定差异，并且电机在低速运行时波动更严重. 后续的工作将是寻找更优的转速估计方法提高转速估测的精度，进一步提高系统的动态性能.【相关文献】[1] 周渊深. 交直流调速系统与MATLAB仿真[M]. 北京：中国电力出版社，2007.[2] 张兴华. 基于Simulink/PSB的异步电机变频调速系统的建模与仿真[J]. 系统仿真学报，2005, 17(9): 2099- 2103.[3] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，2005.[4] 刘俊，庄圣贤. 三相异步电机矢量控制的研究[J]. 电气开关，2010(2): 26-30.[5] 冯垛生，曾岳南. 无速度传感器矢量控制原理与实践[M]. 北京：机械工业出版社，1997.[6] 张月芹，薛重德，张志林，等. 基于MRAS的异步电动机无速度传感器矢量控制系统[J]. 农业装备与车辆工程，2007(8): 20-23.。
船舶推进电机无速度传感器矢量控制仿真研究发布时间：2021-03-25T02:27:07.843Z 来源：《河南电力》2020年9期作者：曹东邢云骄马烈[导读] 近年来，船舶电力推进技术取得了飞速发展，各种交流推进电机在船舶电力推进中都得到了实际应用。
（渤海造船厂集团有限公司辽宁葫芦岛 125004）摘要：船舶电力推进技术的核心是船舶推进电机控制技术。
采用异步电机作为船舶推进电机，以船-桨负载模型作为船舶推进交流异步电机的负载模型，对船-桨负载模型进行仿真分析，同时对船舶推进异步电机的实测转子转速和估算转子转速进行了对比。
经验证，改进后的模型参考自适应算法性能更优。
关键词：异步电机；船-桨负载模型；模型参考自适应；矢量控制一、船舶电力推进技术发展现状近年来，船舶电力推进技术取得了飞速发展，各种交流推进电机在船舶电力推进中都得到了实际应用。
与传统的机械式推进方式相比，使用电力推进技术的船舶具有动态性能良好、可靠性高、易于实现船舶自动化控制等一系列优点。
[1]交流电机调速系统有多种调速方案，目前矢量控制与直接转矩控制均已在船舶电力推进系统中得到了实际的应用。
跟直接转矩控制系统相比，虽然矢量控制系统的转矩响应速度较慢，但是其具备调速范围比较宽的优势。
[2]转速闭环在矢量控制系统中必不可少，如果要得到船舶推进电机的实际转速信号，则需要转速检测装置，但在船舶推进电机中安装机械传感器会存在电机体积增大、结构复杂、维护困难、成本上升等一系列问题。
基于这个原因，无速度传感器矢量控制技术在船舶电力推进中越来越受到人们的重视。
二、船—桨负载simulink仿真模型船—桨负载模型的建立需要实时数据，本文所选取的仿真对象为某型号渡轮，船长为183.5m，船舶方行系数CB为0.59，通过计算可以得到伴流系数w为0.1349；推力减额系数t为0.15479，螺旋桨直径Dp为3.6m，海水密度ρ为1025kg/m3。
给定的螺旋桨敞水特性曲线上的离散点通过查表获得，由此可得到Kp、Km与J之间的函数关系，分别如式（1）、式（2）所示。
Voe. 54. No. 5Mg. 2021第54卷第5期2021年 5月微电机MICROMOTORS基于新型全阶观测器的感应电机无速度传感器控制胡锦涛，邵宜祥，庄圣伦，孙素娟，周百灵，孙立鑫(南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司，南京211106)摘 要：随着我国海上风电的迅猛发展，感应电机作为一种主流电机已广泛用作海上风电中的发电机组％针对感应电机无速度传感器控制中转速估 大、过渡不平滑及 矩阵的 大等问题， 了 化型反馈矩阵的新型全阶观测器方案。
时极点平移法推导出 矩阵中各元素的表达式，再从与 度两方 ，提出 矩阵的简化思想，以减小 及 度。
通过对方案真与 ，结果表明型全阶观测器在感应电机的无速度传感器控制过程中观测精度高，动态性能好，工程 强。
关键词：感 电机；无速度传感器；矩阵；全阶观测器；极平移法中图分类号：TM346； TP273 文献标志码：A文章编号：1001-848(2021 )05预079预7Speed Sensorless Control of Induction Motor Based on New Full-order ObserverHUJonoao ， SHAOYotoang ， ZHUANGShengeun ， SUNSueuan ， ZHOUBaoeong ， SUNLoton(NARI Group Corgoration ( Stato Grid Electric Powes Researct Institoto )，Nanking 211106，Chin a )Abstract : WiW the rapid development of oashon wind power in our counWy , the induction motors have beenwiOely used as generator sets in dfshoro wind power as a mainstream motor. A new full-5rder obse/er scheme based on a simpliOed feedback matao was designed. It was mainly used to solve these problems ， in cluding larae speed estimation vror ， low transition smoothness, and larae feedback matao ctlculgon inspeed sensorless control of induction motors. The exp/ssion of each element in We feedback matao was de-aved by means of the pole shift method in We beginning and Wen a simplified iOea of feedback matao was proposed to reduco We amount of calculation and the difficulty of implementation consiOeang We two aspectsof stability and converaenco speed duang the process of design. After simulation and expeament of the scheme ，tCe results show that the new full-5rder obse/er has high obse/ation accu/cy ，good dynamic per-fo/nanco and strong engineeang practicability in tCe speed sensorless control process of induction motor.Key words : induction motor ; speed sensorless ; feedback matax ； full-5rder obse/er; pole shift methodo 引言近年来，我国海上风电装机容量越来越大(1-)，随着产业链的成本 及单机 的扩大，使得感电机风电机以 靠性、 单、低成本等逐步成为我国海 电的主流机型。
基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统仿真王俭朴;任成龙【摘要】研究了一种基于矢量控制的模型参考自适应异步电机无速度传感器方案.该方案利用转子磁链的电压方程和电流方程分别计算转子磁链,用电压模型的输出作为转子磁链的实际值,用电流模型的输出作为转子磁链的估算值,将电压模型与电流模型误差信号送至辨识计算法自适应机构中,通过自适应机构的调节来产生控制信号,进而调节电流模型中的参数,最终实现输出误差为零.对该方案进行了仿真比较,结果表明,提出的方案在高低速均能准确检测到转子的位置和速度,具有良好的动静态运行性能.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2015(053)006【总页数】4页(P5-8)【关键词】模型参考自适应系统;矢量控制;MATLAB仿真【作者】王俭朴;任成龙【作者单位】211167 江苏省南京市南京工程学院汽车与轨道交通学院;211167 江苏省南京市南京工程学院汽车与轨道交通学院【正文语种】中文【中图分类】U4820 引言城市轨道交通车辆都采用的是电力牵引，随着科学技术和城市化的发展，大运量的城市轨道交通在现代大城市中的重要作用尤显突出。
对于控制算法来说，矢量控制现在几乎已经成为一个工业标准，特别是转子磁场定向，因为可以实现磁链和转矩的解耦控制而在传动系统中得到广泛应用，我国引进的各种电力机车和动车组也都普遍采用矢量控制。
在矢量控制系统中，为了实现转速的闭环控制和磁场定向，电动机的转速检测是必不可少的，并且转速检测的精度直接影响磁场的定向的准确性[1]。
从电动机的数学模型可以看出，电动机的实际转速可以通过推算得到。
无速度传感器的矢量控制系统由于灵活性好、可靠性高、成本低廉以及抗干扰能力强等优点，在最近十几年来得到飞速发展，目前基于模型参考自适应系统（MRAS）的方法是研究的主要方向[2]。
本文介绍了一种基于矢量控制的模型参考自适应异步电机无速度传感器方案，并通过仿真观察速度推算的效果。
基于分数阶滑模观测的感应电机无速度传感器矢量控制缪仲翠;党建武;巨梅;韩天亮【摘要】A rotor flux and speed estimator based on fractional-order sliding-mode was proposed for speed sensorless vector controlled induction motor drives.Advantages of fractional integral and sliding mode con-trol were synthesized by the observer.The error between the measured and estimated stator current was u-tilized to define the sliding surface,the convergence and stability of the observer were proved by the Lya-punov stability theory,and then the control law was designed.The sensorless vector control using fraction-al-order sliding-mode observer was achieved.The simulations results illustrate that the designed observer can efficiently eliminate the chattering phenomena which exist in traditional sliding -mode observer and has higher dynamic recognition for flux and speed.Moreover,the sensorless vector control system has good dynamic and stable performance in the full speed range.%针对感应电机无速度传感器矢量控制中速度和磁链的观测问题,设计了一种感应电机速度和磁链的分数阶滑模观测器,该观测器综合了分数阶积分和滑模控制的优点.观测器以定子电流观测误差构成滑模面,根据李雅普诺夫定理证明了观测器的收敛性和稳定性,并设计了分数阶滑模控制律.将该观测器应用到了感应电机矢量控制系统中,实现了无速度传感器矢量控制.仿真试验表明,分数阶滑模观测器能有效减小滑模观测中的抖振,对磁链和速度有较高的动态辨识能力.而且,无速度传感器矢量控制系统在全速范围内较好的动态和稳态性能.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2018(022)005【总页数】10页(P84-93)【关键词】感应电机;矢量控制;分数阶滑模观测器;无速度传感器;磁链观测【作者】缪仲翠;党建武;巨梅;韩天亮【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,甘肃兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TM2720 引言高性能的感应电机矢量控制已在工业控制领域广泛应用。
基于全阶状态观测的无速度传感器矢量控制仿真研究马继先;胡倩;陈源【摘要】In view of the fact that the speed sensor is not conducive to servo drive working in harsh conditions, we introduce the speed sensorless control ing the full-order state observer, we achieve the flux ob-servation and speed estimation.Taking the motor as a reference model, full-order observer as the adjustable mod-el, the identification of motor speed is realized based on the reference adaptive theory, thus achieving speed sen-sorless control.State observer observes states and parametersof nonlinear dynamic system in real-time, and the estimated state is used as feedback correction.The speed sensorless vector control system simulation model is built by using Matlab/Simulink.Simulation results show that the full order state observer has high precision in estimating rotor flux, good stability and dynamic performance in a wide speed range.%针对速度传感器不利于伺服驱动装置在恶劣条件下工作的特性，介绍了无速度传感器控制技术。
利用全阶状态观测器的方法实现磁链观测和转速估算。
以电机为参考模型，全阶观测器为可调模型，基于参考自适应理论，实现电机转速的辨识，进而实现无速度传感器控制。
状态观测器实时观测非线性动态系统的参数和状态，估计状态以反馈方式进行校正。
利用Matlab／Simulink构建无速度传感器矢量控制系统仿真模型。
仿真结果表明：全阶状态观测器对转子磁链估计精度高，在宽转速的范围内有较好的稳定性能和动态性能。
【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P580-584)【关键词】全阶观测器;无速度传感器;矢量控制;Matlab/Simulink【作者】马继先;胡倩;陈源【作者单位】江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TM343高精度、高分辨率的速度和位置传感器价格昂贵，不仅增加了伺服驱动系统的成本，还限制了伺服驱动装置在环境恶劣条件下的应用.因此，无速度传感器控制技术越来越受到重视.近年来世界各国学者提出了不同的转速估计方法［1－2］，主要有以下几种:①直接计算法;②模型参考自适应法(MRAS);③PI自适应控制法;④扩展卡尔曼滤波法(EKF);⑤自适应全阶状态观测器法［3］.基于全阶观测器的方法可以在观测磁链的同时辨识电机转速和定子参数，状态观测器利用电机的数学模型来估计电机的状态，并且估计值会通过反馈校正的方式进行修正［4］.具体的实现方式是在状态方程里增加校正环节，用产生的估计误差对状态估计方程进行修正，这样就构成了闭环的状态估计系统.利用Matlab/Simulink对设计的闭环磁链观测器进行极点配置和增益矩阵的选取［5］，同时辨识出转速和定子电阻.仿真结果表明:基于全阶状态观测器的无速度传感器矢量控制系统的静、动态性能良好，对电机参数变化具有较好的鲁棒性.1 全阶状态观测器1.1 全阶状态观测器的构成在两相静止坐标系下以定子电流和磁链为状态变量的数学模型为其中:式中:Ls，Lr分别为定、转子的自感;Lm为定转子间互感;Rs，Rr分别为定、转子电阻;ωr为转子角速度;ψs为定子磁链;σ为漏磁系数，有为方便系统描述，令电机的模型可表示为由闭环观测原理可知，需要一个校正项，这里用定子的电流差作为校正项，因此观测器可以表示为式中:y-为电流的偏差，作为反馈项形成闭环;K为反馈增益矩阵.1.2 转速自适应规律全阶速度观测器的稳定性指状态偏差动态特性渐进稳定，并且收敛于零.把式(3)减去式(5)可得:式中:e为估计偏差列向量，e=x-x^;ΔA为偏差状态矩阵，ΔA=-A.由李雅普诺夫稳定判据［6］可知，非线性系统若稳定，则李雅普诺夫函数必定连续、可导且正定，定义函数V为:式中:λ为正的常数.若误差e等于零，估计转速ω^r与实际转速ωr相等，则函数V等于零.函数V的导数必定是负定的，是系统渐进稳定的充分条件，由此可得:由于第1项是负的，若保证负定，则:化简可得:式中，由此可得到:为了达到提高观测器响应速度的目的，上式经过修正得:根据式(14)即可使估计转速趋于实际转速ωr，由此可知，式(14)即为所需的自适应规律，又令趋向于实际x= [ iψ]T，则式(14)s s简化为:1.3 增益矩阵增益矩阵K在系统中对矩阵起加权的作用，当观测器的输出和实际的输出is出现差值时，可以利用校正环节，并通过增益矩阵的加权作用，调节观测器的动态响应. 增益矩阵K需根据系统稳定要求来选择，一般通过配置极点的方法获得，就是根据所确定的K让A+KC的极点能够使系统的动态要求得到满足，并可以让误差的动态特性渐近稳定.根据极点配置法［7］，增益矩阵K可表示为:由电机特征值可得式中的 k1，k2，k3，k4，即:式中:T′s，T′r分别为定、转子瞬态时间常数;L′s为定子瞬态电感R;k为观测r器极点和电机极点间的比例常数，且k＞1.由于电机的数学模型具有时变性，那么增益矩阵也具有时变性，因此上述的方法就会显得很复杂，在实际情况中使用会比较困难.为了使系统能够拥有更大的稳定域度，让算法的收敛速度加快，反馈矩阵就需要保证其快速性.经过分析，将上述反馈矩阵简化，即将A+KC简化，使得反馈矩阵的速度加快.令，则A+KC=那么由此可得A+KC的极点为:与式(17)相比，式(18)中只需要改变k1就可以调节极点P1，P2，只需要调节两个极点，计算不再复杂，有利于实际操作.假定取整理可得:由上文所述，全阶速度观测器由3部分构成，分别为全阶状态观测方程、速度自适应模块、误差增益矩阵.在Matlab/Simulink环境下，按照上述方法建立的全阶转速观测仿真模型如图1所示.图1 全阶转速观测仿真模型Fig.1 Full-order speed observer simulation model 2 基于全阶速度观测的矢量控制系统仿真2.1 仿真模型通过上文的分析及建模，在Matlab/Simulink［8－10］环境搭建基于全阶速度观测的矢量控制系统，仿真模型如图2所示.2.2 转速估计仿真结果图3为全阶速度观测的估计转速和电机测量模块输出的实际转速间的比较.图3a)中波形带有波动，是全阶速度观测的估计转速;图3b)中波形平滑，是测量的实际转速.总仿真时间为1 s，转速为500r/min.图2 全阶速度观测的矢量控制系统仿真模型Fig.2 Full-order speed observer of the vector control system simulation model图3 估计转速和实际测量转速Fig.3 Estimate speed and the actual measurement speed2.3 系统仿真结果通过图2的仿真模型可得到基于模型参考自适应的速度估计矢量控制系统性能.转速设定为500 r/min，系统加负载80N·m启动运行，在0.6s时负载降为0.图4为电机转速波形，虚线部分为估计转速，实线部分为测量转速.由于带负载运行，电机稳定时转速略有下降，负载下降后，转速最终稳定在500 r/min，图5为电机三相电流仿真波形，系统加负载启动运行，经过0.2s左右电流波形稳定在40A，在0.6s时负载降为0，经过0.1 s左右的反应时间，电流稳定在20A.图6为电机转矩波形，因带负载，启动转矩上升至240N·m左右，0.2 s后稳定在80 N·m，负载降为0后，转矩也趋近于0.图4 转速波形Fig.4 Speed waveform图5 三相电流波形Fig.5 Three phase current waveform图6 转矩波形Fig.6 Torque waveform3 结论文中介绍了无速度传感器的全阶状态观测法，并用全阶速度观测器对转速进行估计，利用Matlab/Simulink构建无速度传感器矢量控制系统仿真模型并进行仿真，得出以下结论:1)通过引入电流反馈，提高了系统的鲁棒性，减少了电机在运行过程中由于参数的改变对系统的影响.2)利用Matlab/Simulink构建系统仿真模型，仿真结果表明全阶速度观测器具有良好的稳定性.参考文献(References)［1］凌光.基于全阶观测器的异步电机无速度传感器矢量控制研究［D］.杭州:浙江大学，2012.［2］付国伟，伍维根，王小龙.基于EMF的MRAS无速度传感器矢量控制系统研究［J］.机电技术，2013，36(4):48－50.［3］王庆龙，张崇巍，张兴.交流电机无速度传感器矢量控制系统变结构模型参考自适应转速辨识［J］.中国电机工程学报，2007，27(15):70 －74.Wang Qinglong，Zhang Chongwei，Zhang Xing.Variablestructure MRAS speed identification for speed sensorless vector control of induction motor ［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27(15):70 －74.(in Chinese)［4］万敏，窦曰轩.异步电机全维速度观测器若干参数变化的影响［J］.电机与控制学报，2008，12(1):15 －19.Wan Min，Dou Yuexuan.Parameter sensitivity analysis of full-order speed observer of induction motor［J］.Electric Machines and Control，2008，12(1):15 － 19.(in Chinese)［5］ Hinkkanen M，Harnefors L，Luomi J.Reduced-order flux observers with stator-resistance adaptation for speed-sensorless induction motor drives［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2010，25(5):1173 －1183.［6］罗慧.感应电机全阶磁链观测器和转速估算方法研究［D］.武汉:华中科技大学，2009.［7］宋文祥，姚刚，周文生，等.异步电机全阶状态观测器极点配置方法［J］.电机与控制应用，2008，35(9):6－10.Song Wenxiang，Yao Gang，Zhou Wensheng，et al.Pole arrangement method of full-order state observe for asynchronous motor［J］.Electric Machines ＆Control Application，2008，35(9):6 －10.(in Chinese)［8］谢雅，黄中华，左金玉.三相交流异步电机矢量控制系统仿真建模［J］.湖南工程学院学报，2013，23(1):1－4.Xie Ya，Huang Zhonghua，ZuoJinyu.Simulation modeling of AC three-phase asynchronous motor vector control system［J］.Journal of Hunan Institute of Engineering，2013，23(1):1 －4.(in Chinese)［9］纪锋，付立军，叶志浩.舰船电力推进系统的矢量控制及其仿真［J］.武汉理工大学学报，2011，35(2):361 －364.Ji Feng，Fu Lijun，Ye Zhihao.Study on vector control for vessel electric propulsion［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2011，35(2):361 － 364.(in Chinese)［10］徐志佳.基于MRAS的异步电机矢量控制仿真研究［J］.山西科技，2013，28(5):69 －71.Xu Zhijia.Research on vector control simulation of asynchronous motor based on MRAS［J］.Shanxi Science and Technology，2013，28(5):69 －71.(in Chinese)。
