一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法技术

一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法，本发明专利技术涉及扩展转速自适应观测器低速控制方法。本发明专利技术为了解决现有针对全阶观测器在发电模式存在固有不稳定区域的问题。一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法过程为：步骤一：设计基于电机参数的辅助变量，得到基于辅助变量重构的电机数学模型，推导出扩展转速自适应观测器；步骤二：根据重构的电机数学模型与扩展转速自适应观测器数学模型，得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；步骤三、基于步骤二计算转速自适应律，并将转速自适应律转化为d‑q轴上的转速自适应律。本发明专利技术用于电机控制技术领域。

A low speed control method of extended speed adaptive observer based on auxiliary variable

The invention relates to a low speed control method of an extended speed adaptive observer based on auxiliary variables. The invention aims to solve the problem that the existing full order observer has an inherently unstable region in the power generation mode. A kind of extended speed adaptive observer based on auxiliary variable low speed control method process is as follows: Step 1: design auxiliary variable based on motor parameters, get the motor mathematical model based on auxiliary variable reconstruction, and derive the extended speed adaptive observer; step 2: according to the reconstructed motor mathematical model and the extended speed adaptive observer mathematical model, get the no speed transmission Step 3, based on step 2, the speed adaptive law is calculated and transformed into the speed adaptive law on D \u2011 q axis. The invention is used in the technical field of motor control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法
本专利技术涉及扩展转速自适应观测器低速控制方法。
技术介绍
感应电机具有结构简单、可靠性高、制造简单、坚固耐用、易维护等优点，在调速系统中得到了广泛的应用。而无传感器控制交流调速系统可利用直接检测的电流、电压信号间接计算转速，不仅减小了系统的体积，还降低了整个调速系统的成本。无速度传感器感应电机的转速观测方法主要可分为两大类：一种是信号注入法。这种方法鲁棒性高，但是存在转矩波动问题；另一种方法是模型法。模型法又可分为模型参考自适应法、全阶和降阶观测器、卡尔曼滤波器以及滑膜观测器。模型法中的全阶观测器应用较为广泛，但是其在低速发电区存在一个固有的不稳定区域。针对全阶观测器存在的这个问题，现有方法主要可分为两类：一类是设计反馈矩阵。这种方法基于各种稳定性理论，通过加入反馈矩阵来改变观测器的零极点分布，从而提升观测器在低速发电区的稳定性。另一种方法是设计转速自适应律。这类方法从观测转速自适应律出发，通过增加旋转角、重新设计转子磁链误差项等方法，提高观测器的低速运行稳定性。但是这些方法均需要对全阶观测器进行额外复杂的设计。所以，研究能提高观测器低速发电区稳定的简易方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有针对全阶观测器在发电模式存在固有不稳定区域的问题，提出了一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法。一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法具体过程为：所述低速是指电机的运行频率小于7.5hz(即15％的额定转速)；步骤一：传统的感应电机数学模型表示为：其中：A11，A12，A21，A22均为状态矩阵系数；b1为电压项系数矩阵系数，t为时间，为定子电流矢量，为转子磁链矢量，为电压矢量，isd为d轴定子电流，isq为q轴定子电流，λrd为d轴转子磁链，λrq为q轴转子磁链，usd为d轴电压分量，usq为q轴电压分量；设计基于电机参数的辅助变量如下：其中：Tr是感应电机转子时间常数，ωr是感应电机转子转速，J为虚部矩阵，σ是漏感系数，Lr是感应电机转子电感，Lm是感应电机互感，Ls是感应电机定子电感；将式(2)带入式(1)，得到基于辅助变量重构的电机数学模型为：其中：为辅助变量，C11，C12，C21，C22均为状态矩阵系数；d1，d2均为系数矩阵系数，由式(3)推导出相应的扩展转速自适应观测器如下：其中：“^”代表观测值，为定子电流矢量的观测值，为的观测值，为C11的观测值，为C12的观测值，为C21的观测值，为C22的观测值，为观测状态矩阵，为d1的观测值，为d2的观测值，为观测系数矩阵；所设计的扩展转速自适应观测器框图如图1所示。步骤二：根据重构的电机数学模型(公式3)与扩展转速自适应观测器数学模型(公式4)，得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；步骤三、基于步骤二计算转速自适应律，并将转速自适应律转化为d-q轴上的转速自适应律。本专利技术的有益效果为：针对全阶观测器在发电模式存在固有不稳定区域的问题，本专利技术提出了一种新的解决方法。该方法首先设计了一项基于电机参数的辅助变量，并通过该变量对电机模型和观测器模型进行重构，得到了一种新的扩展转速自适应观测器。随后基于该观测器，利用李雅普诺夫稳定性理论推导出新的转速自适应律。针对传统转速自适应率只提取q轴电流信号的问题，该方法充分利了d、q轴电流分量，此外还避免了因磁链观测而引起转速估计的误差。稳定性分析表明该方法避免了全阶观测器在发电模式存在的固有不稳定区域，实验结果也证明了该方法的可行性。附图说明图1为本专利技术扩展转速自适应观测器框图，IMModel为电机模型，TheProposedESAO为所提出的基于辅助变量的扩展转速自适应观测器，H为系数矩阵；图2为本专利技术转速估计框图，Gq(s)为q轴电流误差与转速误差间传递系数，Gd(s)为d轴电流误差与转速误差间传递系数，为d轴定子电流观测值，为q轴定子电流观测值；图3a为无反馈矩阵的全阶观测器，unstableregion为不为稳定区，stableregion为稳定区，ωr是感应电机转子转速，ωs是滑差转速；图3b为扩展自适应观测器图；图4为5Hz时基于扩展自适应观测器的无速度传感器感应电机启动试，iq为q轴电流，为辅助变量d轴观测值，为辅助变量q轴观测值；图5为5Hz时发电负载下转速正反切实验图，TL为负载转矩；图6为5Hz时逐步增加发电负载系统响应实验图；图7为5Hz时突加负载系统响应实验图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法具体过程为：所述低速是指电机的运行频率小于7.5hz(即15％的额定转速)；步骤一：传统的感应电机数学模型表示为：其中：A11，A12，A21，A22均为状态矩阵系数；b1为电压项系数矩阵系数，t为时间，为定子电流矢量，为转子磁链矢量，为电压矢量，isd为d轴定子电流，isq为q轴定子电流，λrd为d轴转子磁链，λrq为q轴转子磁链，usd为d轴电压分量，usq为q轴电压分量；设计基于电机参数的辅助变量如下：其中：Tr是感应电机转子时间常数，ωr是感应电机转子转速，J为虚部矩阵，σ是漏感系数，Lr是感应电机转子电感，Lm是感应电机互感，Ls是感应电机定子电感；将式(2)带入式(1)，得到基于辅助变量重构的电机数学模型为：其中：为辅助变量，C11，C12，C21，C22均为状态矩阵系数；d1，d2均为系数矩阵系数，由式(3)推导出相应的扩展转速自适应观测器如下：其中：“^”代表观测值，为定子电流矢量的观测值，为的观测值，为C11的观测值，为C12的观测值，为C21的观测值，为C22的观测值，为观测状态矩阵，为d1的观测值，为d2的观测值，为观测系数矩阵；所设计的扩展转速自适应观测器框图如图1所示。步骤二：根据重构的电机数学模型(公式3)与扩展转速自适应观测器数学模型(公式4)，得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；步骤三、基于步骤二计算转速自适应律，并将转速自适应律转化为d-q轴上的转速自适应律。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一一中状态矩阵系数A11，A12，A21，A22，以及电压项系数矩阵系数b1表达式为：式中，Rs是感应电机定子电阻，Rr是感应电机转子电阻，Ls是感应电机定子电感，Lr是感应电机转子电感，Lm是感应电机互感，Tr是感应电机转子时间常数，σ是漏感系数，I为实部矩阵，J为虚部矩阵，ωr是感应电机转子转速。其它步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：/n步骤一：传统的感应电机数学模型表示为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一：传统的感应电机数学模型表示为：



其中：A11，A12，A21，A22均为状态矩阵系数；b1为电压项系数矩阵系数，t为时间，为定子电流矢量，为转子磁链矢量，为电压矢量，isd为d轴定子电流，isq为q轴定子电流，λrd为d轴转子磁链，λrq为q轴转子磁链，usd为d轴电压分量，usq为q轴电压分量；
设计基于电机参数的辅助变量如下：



其中：Tr是感应电机转子时间常数，ωr是感应电机转子转速，J为虚部矩阵，σ是漏感系数，Lr是感应电机转子电感，Lm是感应电机互感，Ls是感应电机定子电感；
将式(2)带入式(1)，得到基于辅助变量重构的电机数学模型为：



其中：为辅助变量，C11，C12，C21，C22均为状态矩阵系数；d1，d2均为系数矩阵系数，
由式(3)推导出扩展转速自适应观测器如下：



其中：“^”代表观测值，为定子电流矢量的观测值，为的观测值，为C11的观测值，为C12的观测值，为C21的观测值，为C22的观测值，为观测状态矩阵，为d1的观测值，为d2的观测值，为观测系数矩阵；
步骤二：根据重构的电机数学模型与扩展转速自适应观测器数学模型，得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；
步骤三、基于步骤二计算转速自适应律，并将转速自适应律转化为d-q轴上的转速自适应律。


2.根据权利要求1所述一种基于辅助变量的扩展转速自适应观测器低速控制方法，其特征在于：所述步骤一一中状态矩阵系数A11，A12，A21，A22，以及电压项系数矩阵系数b1表达式为：



























式中，Rs是...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勃，霍峙昕，于泳，罗成，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23