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感应电机模糊自适应全阶磁链观测器的仿真研究蒋林;吴俊;杨欣荣【摘要】针对感应电机的全阶磁链观测器存在低速不稳定问题,提出一种模糊自适应全阶磁链观测器.通过设计观测器的反馈增益矩阵,使得系统不稳定区域最小化,并采用模糊转速自适应律来替代PI型转速自适应律,提高转速辨识精度.将模糊自适应全阶磁链观测器应用到转子磁场定向矢量控制系统,仿真和实验结果表明该系统在各种工况下都能稳定运行,具有较好的自适应性和鲁棒性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2016(046)008【总页数】6页(P31-35,74)【关键词】感应电机;全阶磁链观测器;稳定性分析;模糊自适应;矢量控制【作者】蒋林;吴俊;杨欣荣【作者单位】西南石油大学电气信息学院,四川成都610500;西南石油大学电气信息学院,四川成都610500;西南石油大学机电工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TM346在交流调速系统中，无速度传感器的矢量控制是一个研究热点［1］，其关键技术是如何准确地获取转速和磁链。
目前，常用的转速和磁链估计方法有全阶磁链观测器，而全阶磁链观测器的转速辨识系统存在低速不稳定现象［2-3］。
为此，国内外学者做了大量的研究，主要集中在观测器增益矩阵的设计［2-4，8］和转速自适应律的设计［5-6］。
文献［2-3］通过合理设计反馈增益矩阵改善了低速运行性能，但是没有考虑到参数变化对系统性能影响。
文献［4］将系统极点的多维问题转化为系统零点的一维问题来分析了系统的稳定性。
文献［5］通过修正转速自适应律来改善系统低速性能。
文献［8］基于状态误差方程来选择反馈增益系数，减小了增益系数选择的盲目性。
总之，以上稳定分析过程比较繁复，增益矩阵表达式太复杂，不利于工程实现，而且没有考虑参数变化对转速辨识的影响。
为此，本文基于观测转子磁链定向推导了转速辨识系统的传递函数，并利用劳斯判据得到了稳定运行条件，然后通过合理设计反馈增益矩阵，使得不稳定区域最小。
基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术研究现代工业中，传感器已经成为了一种非常重要的设备，经常被用来感知各种物理量，例如电流、温度、压力等等。
其中，无速度传感器是一种非常实用的传感器种类，其可以直接测量电机的输出角度，因此被广泛应用于电机控制领域。
本文将基于新型磁链观测器来研究无速度传感器感应电机控制技术，探讨其优点及存在的问题。
无速度传感器感应电机控制技术是一种直接根据电机输出的转子位置角度来推算电机输出转速的技术。
在实际应用中，为了确保电机的精准空间控制，需要通过测量转子的位置角度，将这些数据发送至控制器，以帮助控制器预测电机的输出转速。
而无速度传感器技术则可以避免使用复杂的转速传感器，从而降低了制造成本，减少了整个系统的体积，提高了器件的可靠性。
新型磁链观测器则是用来观测电磁场的变化，从而精确推算出电机的位置和速度。
它被广泛应用于无刷直流电机的转速控制系统中，可用于传感器监控死区、空载、过载和超速等状况。
该技术的具体实现步骤如下：首先，用数字信号处理器（DSP）采集各磁极施加的电压和角度测量电路测量得到的转子角度信息。
然后，通过对这些数据进行处理和分析，可以利用数学模型计算出电机的位置和速度。
最后，将这些数据反馈给电机控制器，使电机控制器可以根据这些数据进行调整，调整电机的输出力矩和输出角度，以达到最佳的效果。
使用新型磁链观测器的无速度传感器技术具有以下优点：首先，该技术不需要反馈很高的分辨率和动态范围，因此，对于一些特殊应用场合，可以采用价格较低的模块，节约成本；其次，使用无速度传感器技术可以避免由于控制误差产生的振荡问题，提高了系统的稳定性和可靠性；最后，该技术具有更好的机械耐用性和抗外干扰能力，适用广泛。
然而，在实际应用中，新型磁链观测器的无速度传感器技术也存在着一些问题。
首先，与传统的转速传感器相比，其灵敏度较低，不同的电机可能需要不同的传感器参数。
其次，无速度传感器技术会造成一定的误差，尤其是在高负载和超速的情况下，误差可能会较大。
华中科技大学博士学位论文感应电机全阶磁链观测器和转速估算方法研究姓名：罗慧申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：万淑芸20090526 华中科技大学博士学位论文摘要磁链观测器与转速估算的理论与方法以及实现中关键技术的研究与探讨一直是感应电机无速度传感器控制技术的热点问题，受到工程界高度关注。
作者在查阅大量中外文献和前人研究工作的基础上，围绕感应电机磁链观测及转速估算问题，以全阶磁链观测器和基于全阶磁链观测器的转速估算方法为主要内容进行了比较深入的研究。
论文较全面地综述了无速度传感器控制技术的发展现状，重点阐述了基于全阶磁链观测器的转速估算方法的若干关键技术的研究现状。
在感应电机状态空间模型基础上，推导了电机极点的解析表达式，分析了电机极点轨迹与转子转速的关系；在全阶观测器理论基础上建立了感应电机的全阶磁链观测器模型，阐述了基于全阶磁链观测器的模型参考自适应转速估算方法。
全阶磁链观测器的离散化设计是其数字化实现的关键技术，而离散全阶磁链观测器的观测精度和稳定性是关系磁链观测器设计成败的关键问题。
本文建立了基于前向欧拉法和梯形法的两种离散全阶磁链观测器模型，采用矩阵2-范数分析了两种离散模型的精确解与近似解之间的误差，提出一种不同速段下分段离散化策略。
对?肷⑷ 状帕垂鄄馄鹘 形榷ㄐ苑治觯 岢霰Ｖだ肷⒐鄄馄魑榷ǖ募 闩渲迷际 跫 徽攵愿咚偾 虻奈榷ㄐ裕 芯苛讼钟屑 闩渲梅椒ǖ木窒扌裕 岢隽艘恢址蠢【卣笊杓品椒ǎ 隽朔蠢【卣笊杓颇Ｐ汀?磁链观测的准确性与电机参数密切相关，本文分别对基于电压模型、基于电流模型以及全阶的转子磁链观测器对电机参数的敏感性进行了研究。
通过采用估算磁链矢量与实际磁链矢量的比值函数作为评价依据，在频域内采用理论分析和图解相结合的方法，对比了各种磁链观测器的性能，给出了反映电机参数敏感性的比值函数的频率特性和对比结果一览表。
分析了基于全阶磁链观测器的转速估算系统的全局稳定性，分别采用波波夫超稳定性理论和李雅普诺夫稳定理论推导了转速自适应律，并给出了保证系统稳定性的假设条件。
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。
感应电动机磁链观测模型的应用在感应电动机矢量控制系统中，电动机转子磁链的准确估计是改善系统性能的关键因素，分析了3种不同的转子磁链观测方法，同时给出了它们的磁链观测器模型并在DSP2812微处理器控制系统中进行了实验验证，实验结果表明不同磁链观测模型有不同特点。
标签：感应电机；改进电压模型；全阶磁链观测器；矢量控制0 引言从理论上讲，直接检测是比较准确的，但在实际应用上这些方法都会遇到不少工艺问题，而且受齿槽影响，使检测到的信号中含有较大的脉动分量，特别是在低速区时，它的成分就越大。
因此，现今多采用间接计算的方法。
即利用容易测得的物理量电压、电流或者转速等信号，借助转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与相位[1]。
本文分析了电压型转子磁链模型、参考自适应转子磁链模型与全阶磁链观测器模型的不同特点，在基于定点DSP 微处理器TMS320F2812的感应电机控制系统进行了实验，实验结果验证了不同模型的不同特点。
1 感应电机转子磁链不同数学模型建立合适的数学模型和状态方程是研究矢量控制系统的基础。
对感应电机转子磁链观测模型的选取主要是取决于具体的应用环境，根据需要权衡其利弊来选择适当的方案。
1.1 改进电压模型的转子磁链模型采用电流模型计算转子磁链时需要电流和转速信号，但是电机参数的变化会影响它的精确度。
而电压模型受电机参数的影响较小，但是定子绕组反电动势积分项累积误差影响计算结果，容易产生直流偏移和积分饱和等问题[2]；并且在低速区时，定子电阻压降变化大，使电压模型计算出的转子磁链不够准确。
因此传统的电压模型转子磁链轨迹将不再是以圆心为中心，当电机运行频率很低时这种现象尤其明显[3]。
为此结合电流模型和电压模型优点，建立改进电压模型的转子磁链观测器，在低速区时，使用电流模型对电压模型进行修正，引入经PI 作用得到的补偿电压来消除纯积分环节和定子电阻参数误差带来的影响。
PI调节器如式（1）所示。
定子磁链学模型如式（3）所示1.2 基于模型参考自适应法（MRAS）的转子磁链模型模型参考自适应（Model Reference Adapt System，MRAS）是由不含未知参数的方程作为参考模型和含有待估计参数的方程作为可调模型之差，构成自适应律，使得参考模型和可调模型输出误差接近零[4]。
