基于MRAS参数辨识的PMSM无速度传感器控制

第２６卷第３期　２　０　１　１年９月　青岛大学学报（工程技术版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＩＮＧＤＡＯ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｅ＆Ｔ）　Ｖｏ１．２６　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２　０　１　１　

文童编号：１００６—９７９８（２０１１）０３—００４１—０６　

基于ＭＲＡＳ的改进型无速度传感器　

矢量控制系统仿真　

徐为勇，王毓顺，孙振源，崔如泉　

（青岛大学自动化工程学院，山东青岛２６６０７１）　

摘要：以异步电机矢量控制的基本方程式为基础，提出了一种基于模型参考自适应（　

ＭＲＡＳ）理论的异步电动机无速度传感器矢量控制系统的设计方案。针对传统的　ＭＲＡＳ采用纯积分器易引起误差累积和直流偏移问题，通过增加滤波器改进了转子磁链　

估算模型。以Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ为平台对系统进行了仿真，结果显示，电机转速误差约为　

１　，说明该系统动态性能良好，有较好的负载扰动抑制能力。　关键词：异步电动机；矢量控制；无速度传感器；模型参考自适应　中图分类号：ＴＰ２７３；ＴＭ３４３　文献标识码：Ａ　

高性能感应电机变频调速系统广泛应用于高性能的工业领域，转子磁场定向控制使其交流调速系统的　

性能得到了更好的提高。高性能交流调速系统一般采用矢量控制或直接转矩控制，因而离不开速度的闭环　控制，也即必须实时获取电机转速。随着计算机控制［１］与电力电子技术的发展，自２０世纪末以来，无速度传　

感器的矢量控制系统已取代传统的速度传感器，成为现代交流调速系统研究的焦点。无速度传感器矢量控　制系统采用的主要方法有模型参考自适应（ｍｏｄｅｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ＭＲＡＳ）法　］、滑模变结构　法［３］、神经网络法［４　等。然而，未用滤波器的无速度传感器的矢量控制系统存在调节速度慢、误差累积、直流　

偏移问题等不足。所以，本文以转子磁场定向的矢量控制理论为基础，通过在静止坐标系上的分析，提出了　

无速度传感器矢量控制的传统磁通推算法，利用ＭＲＡＳ提出了一种新的转速推算法。以Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　为平台，验证了新的速度估计方法的正确性。　

电气传动　２０１２年　第４２卷　第７期　Ｅｌ　ＥＣＴＲＩＣ　ＤＲＩＶＥ　２０ｌ２　Ｖ０１．４２　Ｎｏ．７　

基于ＭＲＡＳ和ＳＭＯ相结合的　

ＰＭＳＭ矢量控制　

李晓宁，刘晨程，李卫东　

（电子科技大学机械电子工程学院，四川成都６１１７３１）　

摘要：通过对ＭＲＡＳ和ＳＭＯ进行分析，提出了一种基于ＭＲＡＳ和ＳＭＯ相结合的永磁同步电机无速度　传感器的控制方法。由ＳＭＯ算法实现永磁同步电机定子电流的估计，构成ＭＲＡＳ算法的可调模型部分，实　现了永磁同步电机转子转速的估计和整个系统的三闭环控制，详细介绍了基于ＭＲＡＳ和ＳＭＯ相结合的永磁　同步电机无速度传感器控制系统的建立并进行了测试。测试结果表明，该控制系统具有良好的低速调速功　能、动静态性能和鲁棒性。　关键词：永磁同步电机；无速度传感器；模型参考自适应系统；滑模观测器　中图分类号：ＴＭ３５１　文献标识码：Ａ　

Ｖｅｃｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＰＭＳＭ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ＭＲＡＳ　ａｎｄ　ＳＭＯ　

Ｉ　Ｉ　Ｘｉａｏ—ｎｉｎｇ．ＬＩＵ　Ｃｈｅｎ—ｃｈｅｎｇ．ＬＩ　Ｗｅｉ—ｄｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１１７３１，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｎｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＭＲＡＳ　ａｎｄ　ＳＭＯ。ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＭＳＭ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＲＡＳ　ａｎｄ　ＳＭＯ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｏｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ＳＭＯ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｏｍ—　ｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＭＲＡＳ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｃｌｏｓｅ—ｌｏｏｐ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗ　ｔＯ　ｂｕｉｌｄ　ａ　ｓｐｅｅｄ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＰＭＳＭ　ｗａｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＲＡＳ　ａｎｄ　ＳＭ０　ａｎｄ　ｔｅｓｔｅｄ　ｉｔ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｔｕｒｎｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｖｅ　ａ　ｇｏｏｄ　ｌｏｗ　ｓｐｅｅｄ　ａｄｊ　ｕｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ｓｐｅｅｄ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ；ｍｏｄｅｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓ—　ｔｅｍ；ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ　

２０１１年５月　第３０卷第５期　绵阳师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓ　Ｍａｙ．，２０１１　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．５　

基于典型ＭＲＡＳ无速度　传感器矢量控制系统的改进研究　罗龙，杜峰，谢刚　（绵阳师范学院交通运输与管理学院，四川绵阳６２１０００）　摘要：本论文建立了以典型ＭＲＡＳ转速识别理论为基础的仿真模型，进行仿真。同时分析了在实际情况　下，典型ＭＲＡＳ转速识另０受电机参数变化和定子电流干扰等因素影响所存在的不足，考虑到定子电阻的变化与定　子电流干扰这两个主要因素的影响，通过仿真实验证明了改进型ＭＲＡＳ速度辨识模型具有较好的控制精度和动态　性能。　关键词：矢量控制；无速度传感器；ＭＲＡＳ；仿真　中图分类号：ＴＨ０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－６１２ｘ（２０１１）０５－００３５－０９　０　引言　无速度传感器控制的关键在于精确的转速估计与解耦控制，但这两者之间又存在相互耦合的关系。　转速估计不仅与定子电压和电流有关　，２　３，同时还与电机参数密切相关　。在数字化电机控制系统中，　转速估计的精度与采样频率以及反馈信号的分辨率有关　Ｊ，而转速估计的精确程度不仅影响到速度控制　的准确度，也会影响到速度环路补偿器的设计。为了实现高性能的交流调速，无速度传感器矢量控制需要　复杂的控制技术，如要进行矢量的坐标变换，磁通矢量的在线计算和自适应参数变化而修正磁通模　型¨　，以及内部的加速度、速度、外环控制的在线实时调节。由于ＭＲＡＳ（模型参考自适应系统ｍｏｄｅ　ｒｅｆ－　ｅｒｅｎｃｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ）具有稳定性好，不受系统控制策略影响的优点。因此本文以中小型交流调速系统为　研究对象，结合ＰＩ控制理论¨　对ＭＲＡＳ无速度传感器交流调速系统的控制策略进行了深人研究。　１　交流电机在ｄ—ｑ坐标系下的方程　（１）电压方程　ＩＩｓａ　Ｂ　ｍ　Ｚ，ｒＢ　＋ＬｓＰ　Ｏ　Ｌ　，Ｐ　一（！）　Ｏ　Ｒｓ十Ｌ　ｓＰ　∞Ａｍ　Ｌ　Ｐ　式中：　ｕ　“　ｕ　ｕ　Ｂ——定子、转子的电压　ｉ　、ｉ　ｉ　ｉ　Ｂ——定子、转子的电流　Ｌ　——定子与转子同轴等效绕组间的　感　Ｌ　——定子等效两相绕组问的自感　Ｌ　——定子等效两相绕组间的自感　∞——转子角速度　收稿日期：２０１１－０３－０７　回修日期：２０１１－０３－２１　作者简介：罗龙（１９７８一），男，讲师，主要研究方向：汽车电器。　Ｐ　Ｏ　Ｒｒ＋ＬｒＰ　一０３Ｌ，　０　ＺｍＰ　０３Ｌｒ　Ｒｒ＋Ｌ　ｒＰ　ｌ　Ⅸ　－　Ｚ　●　ｆｒ　●　ｔｒ

第４５卷第３期　２０１２年　３月　＇Ｉ！机　ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ　Ｖｏ１．４５．Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２０１２　ＭＲＡＳ技术在ＳＰＭＳＭ无传感器控制系统中的应用　蒲新征　（江苏建筑职业技术学院机电学院，江苏徐州２２１１１６）　摘　要：研究对象为面贴式的永磁同步电动机（ＳＰＭＳＭ），针对ＭＲＡＳ在速度辨识时受电机参数影响较大的特点，将　ＳＰＭＳＭ本身作为参考模型以减少系统模型参数，利用定子电压、电流方程得到可调模型，并在辨识转速的同时，加　上对转速辨识精度影响较大的定子电阻的在线辨识。采用ＳＶＰＷＭ控制对该方法进行仿真，仿真结果表明该方法能　够获得理想的转速辨识精度和动态性能。　关键词：面贴式永磁同步电机；电压空间矢量控制；无速度传感器；模型参考自适应法；定子电阻在线辨识　中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—６８４８（２０１２）０３－００６６－０３　ＭＲＡＳ　ｉｎ　ＰＭＳＭ　Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＰＵ　Ｘｉｎｚｈｅｎｇ　（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２２１　１　１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｕｂｊｅｃｔｓ　ｆｏｒ　ｓｔｌｒｆａｃｅ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ（ＳＰＭＳＭ），ＭＲＡＳ　ｓｐｅｅｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｉ—　ｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｌｌ　ｔａｋｅ　ＳＰＭＳＭ　ａｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｍｏｄｅｌ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｏｄｅｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ｖｏｈａｇｅ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｍｏｄ—　ｅｌ，ａｎｄ　ｉｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓｐｅｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｇｒｅａｔｅｒ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｎｌｉｎｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＳＶＰＷＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａｎ　ｉｄｅａｌ　ｓｐｅｅｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＰＭＳＭ；ＳＶＰＷＭ；ｓｐｅｅｄ－ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ；ＭＲＡＳ；ｏｎｌｉｎｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｏｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｏ　引　言　永磁同步电机的控制方法多采用矢量控制，这　种控制方法需要精确的转子速度和磁极位置来实现　双闭环控制和磁场定向。传统的检测转子速度和位　置的方法是使用机械式传感器（测速发电机、光电编　码器、磁编码器、旋转变压器等），这些传感器不但　增加了系统的成本，降低了系统的可靠性，而且存　在安装、维护等问题，尤其是在环境比较恶劣或根　本无法安装机械式传感器的场合。鉴于传统的机械　式传感器具有以上缺点，因此无传感器控制技术成　为近年来研究的热点。　永磁同步电机的无速度传感器控制方法众　多¨　Ｊ。本文采用模型参考自适应法（ＭＲＡＳ）。ＭＲＡＳ　的主要特点是参考模型的提出。辨识参数的思想是将　不含有未知参数的模型作为参考模型，而把含有待估　计未知参数的模型作为可调模型，这两个模型的输出　量具有相同的物理意义，并将这两个模型的输出量进　行比较，其误差则构成一个合适的自适应律用来实时　调节可调模型，使可调模型的参数输出量快速跟踪参　考模型，以达到正确估算的目的。　１　ＰＭＳＭ模型的建立　１．１永磁同步电机的数学模型　永磁同步电机的精确数学模型非常复杂，为了　研究方便，通常我们建立的数学模型是理想化的即：　忽略漏磁通，忽略铁心饱和，不计涡流和磁滞损耗，　转子上无阻尼绕组，定子产生旋转磁动势为圆形，　温度和频率对电机的参数无影响。　ＳＰＭＳＭ在ｄ—ｑ坐标系下的简化数学模型为：　Ｕｄ＝Ｒ　ｉｄ＋　ｐｉｄ—ｔｏ　Ｌ　ｉｑ　／１、　ｕｑ＝Ｒ　ｉｇ＋　ｐ　ｇ＋ｔｏ　Ｌ　ｉｄ＋ｔｏ　式中，　、Ｕ。为定子基于ｄ—ｑ轴系的电压，ｔＯ　为转　子电角速度，Ｒ。为定子电阻，Ｌ　＝Ｌ。＝￡　，Ｐ为微　分算子。　１．２参考模型、可调模型和自适应机制的建立　将式（１）变形，得：　收稿日期：２０１１—０４—１０，修回日期：２０１１—０６．１４　作者简介：蒲新征（１９７８），男，硕士，讲师，研究方向为电力电子、电气控制、传感与检测技术等。