异步电机无速度传感器矢量控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种异步电机无速度传感器矢量控制方法及系统，属于电机控制技术领域，所述方法为：根据同步旋转坐标系下，定子d轴和q轴的电机实际输出电流分量得到转子磁链电流模型；根据电流模型得到转差估算角速度根据同步旋转坐标系下，定子d轴和q轴的目标电压分量和电机实际输出电流分量，得到转子磁链电压模型；在转子磁场估算角度与转子磁场实际角度θ

【技术实现步骤摘要】
异步电机无速度传感器矢量控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其是涉及异步电机无速度传感器矢量控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在运动控制系统中，无速度传感器控制技术是通过检测定子电压、电流等容易检测到的物理量对电机转速进行估计，从而降低调速系统成本，提高电机工作的可靠性。其中，模型参考自适应系统(model reference adaptive system，MRAS)具有自适应反应快、鲁棒性强、可行性高等特点，因此被广泛应用在电机的转速估计方案中。
[0003]但是，传统的基于MRAS的异步电机无速度传感器控制方案中，大部分是采用在转子磁链定向的两相静止坐标系下，以转子磁链电压模型作为参考模型，以转子磁链电流模型作为可调模型，实现对异步电机转速的估算。但是，由于静止坐标系下的转子磁链电流模型和转子磁链电压模型的状态变量为交流量，离散化后转子转速波动较大，收敛精度较低，导致对异步电机转速的估算精度较低。
[0004]为了解决静止坐标系下异步电机转速估算精度较低的问题，一些研究人员提出了一种半同步半静止坐标系的控制方案，即以同步旋转坐标系下的转子电流模型和静止坐标系下的定子电压模型作为可调模型，以感应电机本身为参考模型，通过定子磁链定向方法估算出异步电机转速，然而这种方案的控制策略仍停留于静止坐标系下的算法，定子电压模型的状态变量仍为交流量，依然存在转子转速波动较大的问题。
[0005]因此，现有的异步电机无速度传感器控制方法，均存在对异步电机转速估算精度较低的问题，无法满足对估算精度要求较高的场合。

技术实现思路

[0006]为了提高异步电机转速估算的精度，本申请提供一种异步电机无速度传感器矢量控制方法及系统。
[0007]第一方面，本申请提供一种异步电机无速度传感器矢量控制方法，采用如下的技术方案：异步电机无速度传感器矢量控制方法，包括：根据同步旋转坐标系下，定子d轴的电机实际输出电流分量i
sd
、定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，得到转子磁链电流模型、所述电流模型下转子q轴的磁链估算分量根据所述电流模型得到转差估算角速度根据同步旋转坐标系下，定子d轴的目标电压分量u
sd
、定子q轴的目标电压分量u
sq
、定子d轴的电机实际输出电流分量i
sd
、定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，得到转子磁链电压模型、所述电压模型下转子q轴的磁链估算分量Ψ
′
rq
；根据同步旋转坐标系下转子d轴和q轴的磁链分量与转子位置的关系方程，使转子磁场估算角度与转子磁场实际角度θ
e
一致时，通过PI控制器使电压模型下转子q轴的磁
链估算分量Ψ
′
rq
收敛于电流模型下转子q轴的磁链估算分量得到转子估算转速根据所述转子估算转速和所述转差估算角速度得到旋转磁场估算转速对所述旋转磁场估算转速积分得到转子磁场估算角度
[0008]通过采用上述技术方案，在同步坐标系下以转子磁链电流模型作为参考模型，以转子磁链电压模型作为可调模型，运用同步坐标系下的转子磁链定向的原理及公式推导出转差角速度、转子转速、转子磁场角度的估算值，提高了电机转速的估算精度。
[0009]在一个具体的可实施方案中，所述电流模型为：其中：为电流模型下转子d轴的磁链估算分量，为电流模型下转子q轴的磁链估算分量，L
m
为定转子互感，p为微分符号，i
sd
为定子d轴的电机实际输出电流分量，T
r
为转子时间常速，L
r
为转子自感，R
r
为转子电阻。
[0010]通过采用上述技术方案，电流模型简化了变量，使定子d轴的电流分量i
sd
是唯一确定转子磁链的稳态值，解决了强耦合的异步电机调速问题，提高了参考模型的准确度。
[0011]在一个具体的可实施方案中，根据所述电流模型得到转差估算角速度所述的计算公式为：其中：i
sq
为定子q轴的电机实际输出电流分量。
[0012]通过采用上述技术方案，根据电流模型得到转子d轴的磁链估算分量结合定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，提高了运行效率。
[0013]在一个具体的可实施方案中，所述电压模型为：其中：Ψ
′
rd
为电压模型下转子d轴的磁链估算分量，Ψ
′
rq
为电压模型下转子q轴的磁链估算分量；L
r
为转子自感，L
m
为定转子互感；u
sd
为定子d轴的目标电压分量，u
sq
为定子q轴的目标电压分量；R
s
为定子电阻，σ为漏感系数，L
s
为定子自感，p为微分符号；i
sq
为定子q轴的电机实际输出电流分量，i
sd
为定子d轴的电机实际输出电流分量；为旋转磁场估算转速；K
d
、K
q
为转子磁链值的纯积分反馈补偿修正参数，
K
c
为补偿系数。
[0014]通过采用上述技术方案，电压模型中包含了转速反馈，即旋转磁场估算转速的反馈，并且电压模型的纯积分环节以及低速定子电阻压降，避免了系统在受外界干扰下易产生振荡导致转子转速波动大，系统稳定性和鲁棒性差的问题；同时，该电压模型中增加了转子磁链值的纯积分反馈补偿修正参数K
d
和K
q
，通过调节补偿系数K
c
，可以使极点移动至虚轴左侧稳定区域，且该电压模型符合李雅普诺夫稳定性分析法的稳定性验证，其传递函数的特征值位于负实部，提高了系统的稳定性。
[0015]在一个具体的可实施方案中，所述同步旋转坐标系下转子d轴和q轴的磁链分量与转子位置的关系方程为：其中：Ψ
r
为转子的磁链总量，为转子磁场估算角度，θ
e
为转子磁场实际角度，Ψ
rd
为转子d轴的磁链分量，Ψ
rq
为转子q轴的磁链分量。
[0016]在一个具体的可实施方案中，所述转子估算转速的计算公式为：其中：k
p
、k
i
为PI控制器系数，为积分符号，Ψ
′
rq
为电压模型下转子q轴的磁链估算分量。
[0017]通过采用上述技术方案，由电压模型下转子q轴的磁链估算分量Ψ
′
rq
得到了转子估算转速
[0018]在一个具体的可实施方案中，根据所述转子估算转速和所述转差估算角速度得到旋转磁场估算转速对所述旋转磁场估算转速积分得到转子磁场估算角度的计算公式为：的计算公式为：
[0019]通过采用上述技术方案，由转子估算转速和转差估算角速度得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，包括：根据同步旋转坐标系下，定子d轴的电机实际输出电流分量i
sd
、定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，得到转子磁链电流模型、所述电流模型下转子q轴的磁链估算分量根据所述电流模型得到转差估算角速度根据同步旋转坐标系下，定子d轴的目标电压分量u
sd
、定子q轴的目标电压分量u
sq
、定子d轴的电机实际输出电流分量i
sd
、定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，得到转子磁链电压模型、所述电压模型下转子q轴的磁链估算分量Ψ
′
rq
；根据同步旋转坐标系下转子d轴和q轴的磁链分量与转子位置的关系方程，使转子磁场估算角度与转子磁场实际角度θ
e
一致时，通过PI控制器使电压模型下转子q轴的磁链估算分量Ψ
′
rq
收敛于电流模型下转子q轴的磁链估算分量得到转子估算转速根据所述转子估算转速和所述转差估算角速度得到旋转磁场估算转速对所述旋转磁场估算转速积分得到转子磁场估算角度2.根据权利要求1所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述电流模型为：其中：为电流模型下转子d轴的磁链估算分量，为电流模型下转子q轴的磁链估算分量，L
m
为定转子互感，p为微分符号，i
sd
为定子d轴的电机实际输出电流分量，T
r
为转子时间常速，L
r
为转子自感，R
r
为转子电阻。3.根据权利要求2所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：根据所述电流模型得到转差估算角速度所述的计算公式为：其中：i
sq
为定子q轴的电机实际输出电流分量。4.根据权利要求1所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述电压模型为：其中：Ψ
′
rd
为电压模型下转子d轴的磁链估算分量，Ψ
′
rq
为电压模型下转子q轴的磁链估算分量；L
r
为转子自感，L
m
为定转子互感；u
sd
为定子d轴的目标电压分量，u
sq
为定子q轴的目标电压分量；
R
s
为定子电阻，σ为漏感系数，L
s
为定子自感，p为微分符号；i
sq
为定子q轴的电机实际输出电流分量，i
sd
为定子d轴的电机实际输出电流分量；为旋转磁场估算转速；K
d
、K
q
为转子磁链值的纯积分反馈补偿修正参数，为转子磁链值的纯积分反馈补偿修正参数，K
c
为补偿系数。5.根据权利要求1所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述同步旋转坐标系下转子d轴和q轴的磁链分量与转子位置的关系方程为：其中：Ψ
r
为转子的磁链总量，为转子磁场估算角度，θ
e
为转子磁场实际角度，Ψ
rd
为转子d轴的磁链分量，Ψ
rq
为转子q轴的磁链分量。6.根据权利要求5所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述转子估算转速的计算公式为：其中：k
p
、k
i
为PI控制器系数，为积分符号，Ψ
′
rq
为电压模型下转子q轴的磁链估算分量。7.根据权利要求6所述的异步电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：根据所述转子估算转速和所述转差估算角速度得到旋转磁场估算转速对所述旋转磁场估算转速积分得到转子磁场估算角度的计算公式为：的计算公式为：8.异步电机无速度传感器矢量控制系统，其特征在于：所述控制系统包括电流模型单元(1)、电压模型单元(2)、PI控制单元(3)、积分单元(4)；所述电流模型单元(1)，用于根据同步旋转坐标系下，定子d轴的电机实际输出电流分量i
sd
、定子q轴的电机实际输出电流分量i
sq
，得到转子磁链电流模型、所述电流模型下转子q轴的磁链估算分量并根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新兵，谈方成，曹希，丁琦，
申请(专利权)人：苏州海格电控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：