基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机技术

本发明专利技术公开了基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机，其方法包括如下步骤：根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程；根据转速辨识自适应算法确定异步电机的观测转速；将所述异步电机的观测转速与异步电机的转速给定值进行闭环比例积分调节，得到定子电流在MT坐标系下的T轴分量给定值，同时,获取定子电流在MT坐标系下的M轴分量给定值，并进一步确定定子电压在MT坐标系下的分量；利用电压空间矢量控制方式，以所述定子电压在MT坐标系下的分量对异步电机进行闭环控制。本发明专利技术通过改进反馈增益矩阵，可提高全阶自适应状态观测器观测转速的收敛速度及低速运行时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机
本申请涉及电机控制
，尤其涉及基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机。
技术介绍
目前，虽然模型参考自适应法被广泛用来实现感应电机无速度传感器的转速估计，但还是这种方法存在着一些不可避免的缺陷，其电压模型中存在积分饱和问题和直流偏置问题，且易受到电机参数影响造成转速估算精确度不高；全阶观测器法是模型参考自适应法中的一种特殊的方法，其原理是将极点随转速变化的异步电机作为参考模型，全阶观测器模型则看作一个变极点的可调模型，该方法避免了纯积分带来的积分饱和及直流偏移问题；但传统全阶观测器增益矩阵中的元素通常采用极点配置的方式来确定的，增益矩阵是时变的，在控制过程中不断的进行计算更新，造成控制系统运行速度慢和稳定性较差的问题。同时，在基于无速度传感器的异步电机矢量控制系统中，一般采用比例积分调节器分别对定子电流励磁分量和转矩分量进行反馈闭环控制，该方法结构简单、易于实现，但是忽略定子电压分量的耦合问题，从而影响系统的动态性能；一些传统的解耦控制存在电流检测值延时问题，导致系统易出现不稳定。
技术实现思路
本专利技术提出了基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机，通过简化传统增益矩阵中的元素，提高系统的稳定裕度，以工作在更大的范围并且增加算法收敛的速度；通过改进转速辨识自适应算法，增加考虑了M轴的电流误差，相较于传统转速辨识自适应算法只考虑T轴的电流误差，提高了异步电机低速运行时转速辨识的稳定性；同时，通过引入改进的前馈解耦控制方式来补偿交叉耦合电势，实现异步电机定子电压方程的解耦，同时解决了传统解耦方式中电流检测值延时带来的不利影响，进而提高控制系统的响应速度。本专利技术的目的在于提供基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法，包括如下步骤：S10.根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程；S20.根据转速辨识自适应算法确定异步电机的观测转速；S30.将所述异步电机的观测转速与异步电机的转速给定值进行闭环比例积分调节，得到定子电流在MT坐标系下的T轴分量给定值，同时,获取定子电流在MT坐标系下的M轴分量给定值，并进一步确定定子电压在MT坐标系下的分量；S50.利用电压空间矢量控制方式，以所述定子电压在MT坐标系下的分量对异步电机进行闭环控制。优选地，在所述S30和S50之间，还包括S40：S40.通过改进的前馈解耦算法，对所述定子电压在MT坐标系下的分量补偿交叉耦合电压分量。优选地，所述改进的反馈增益矩阵为：其中，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，k为全阶自适应状态观测器的极点与异步电机极点的比值。优选地，所述根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程如下：其中，is为αβ坐标系下的定子电流，is＝[isαisβ]T，isα和isβ分别为定子电流在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下的观测定子电流，和分别为观测定子电流在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下观测转子磁链，和分别为观测转子磁链在αβ坐标系下的分量，us为αβ坐标系下定子电压，us＝[usαusβ]T,usα和usβ分别为定子电压在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下观测转子转速，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，优选地，在所述S20中，所述转速辨识自适应算法为：其中，为观测转速，isα和isβ分别为定子电流在αβ坐标系下的分量，和分别为观测定子电流在αβ坐标系下的分量，和分别为观测转子磁链在αβ坐标系下的分量，Kp为闭环比例积分调节的比例参数，Ki为闭环比例积分调节的积分参数。优选地，所述转速辨识自适应算法可进一步优化为：其中，isα和isβ分别为定子电流在αβ坐标系下的分量，和分别为观测定子电流在αβ坐标系下的分量，和分别为观测转子磁链在αβ坐标系下的分量，Kp为闭环比例积分调节的比例参数，Ki为闭环比例积分调节的积分参数，M为自适应参数。优选地，在所述S40中，确定所述交叉耦合电压补偿值如下：其中，usmc为交叉耦合电压在MT坐标系下的M轴分量补偿值，ustc为交叉耦合电压在MT坐标下的T轴分量补偿值，为定子电流的励磁分量补偿值，为定子电流的转矩分量补偿值，ω1为同步角频率，Ls为定子电感，Lr为转子电感，Lm为互感。优选地，所述定子电流的转矩分量补偿值和定子电流的励磁分量补偿值基于如下异步电机的磁链与转矩数学模型获取：其中，为转子磁链的给定值，为电磁转矩的给定值，为定子电流的励磁分量补偿值，为定子电流的转矩分量补偿值，nS为磁极对数，Rr为转子电阻，Ls为定子电感，Lr为转子电感，Lm为互感。本专利技术还提供了一种异步电机，所述异步电机按照上述任一所述的方法对所述异步电机的电压进行控制。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：1、本专利技术通过简化增益方程，提高了全阶自适应状态观测器法计算异步电机观测转速的收敛速度。2、本专利技术通过改进转速辨识自适应算法，增加考虑了M轴的电流误差，相较于传统转速辨识自适应算法只考虑T轴的电流误差，提高了异步电机低速运行时转速辨识的稳定性。3、本专利技术通过对定子电压分量进行前馈补偿以实现电压方程的解耦，并进一步改进前馈解耦解决了电流延时带来的不稳定性问题。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：图1为本专利技术实施例基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法原理图；图2为本专利技术实施例全阶自适应状态观测器的系统结构框图；图3本专利技术实施例改进前馈解耦的原理图；图4为本专利技术实施例异步电机控制系统高速状态下突加负载时的转速波形图；图5为本专利技术实施例异步电机控制系统中高速到低速切换状态下的转速波形图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机进行详细的描述，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本专利技术精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。本申请提供基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法，通过磁链和转速两个闭环及电压的解耦补偿，利用电压空间矢量控制方式对异步电机进行闭环控制，能够提高电机转速估算的精确性同时改善异步电机的动态性能。请参考图1，本专利技术提供了基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法，包括如下步骤：S10.根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程；具体地，请参考图2，通过选取异步电机定子电流和转子磁链为状态变量，建立异步电机和全阶自适应状态观测器状态方程；并采用极点配置的方式来确定增益矩阵中的元素，并重新对元素进行配置得到改进的增益矩阵，进而确定全阶自适应状态观测器的状态方程；当全阶自适应状态观测器模型中的矩阵与异步电机实际的状态矩阵A之间存在差异时，将会导致全阶自适应状态观测器输出与实际输出之间产生偏差，由这个观测误差构成校正环节，利用增益矩阵对校正项的加权作用，便可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S10.根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程；S20.根据转速辨识自适应算法确定异步电机的观测转速；S30.将所述异步电机的观测转速与异步电机的转速给定值进行闭环比例积分调节，得到定子电流在MT坐标系下的T轴分量给定值，同时,获取定子电流在MT坐标系下的M轴分量给定值，并进一步确定定子电压在MT坐标系下的分量；S50.利用电压空间矢量控制方式，以所述定子电压在MT坐标系下的分量对异步电机进行闭环控制。

【技术特征摘要】
1.基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S10.根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程；S20.根据转速辨识自适应算法确定异步电机的观测转速；S30.将所述异步电机的观测转速与异步电机的转速给定值进行闭环比例积分调节，得到定子电流在MT坐标系下的T轴分量给定值，同时,获取定子电流在MT坐标系下的M轴分量给定值，并进一步确定定子电压在MT坐标系下的分量；S50.利用电压空间矢量控制方式，以所述定子电压在MT坐标系下的分量对异步电机进行闭环控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S30和S50之间，还包括S40：S40.通过改进的前馈解耦算法，对所述定子电压在MT坐标系下的分量补偿交叉耦合电压分量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S10中，所述改进的反馈增益矩阵为：其中，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，k为全阶自适应状态观测器的极点与异步电机极点的比值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据改进的反馈增益矩阵确定全阶自适应状态观测器的状态方程如下：其中，Ls为αβ坐标系下的定子电流，Ls＝[isαisβ]7，isα和isβ分别为定子电流在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下的观测定子电流，和分别为观测定子电流在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下观测转子磁链，和分别为观测转子磁链在αβ坐标系下的分量，us为αβ坐标系下定子电压，us＝[usαusβ]7,usα和usβ分别为定子电压在αβ坐标系下的分量，为αβ坐标系下观测转子转速，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，Lr为转...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗剑，任林，石弘洋，闫娜云，董建功，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31