编辑：南通矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：381
基于PI自适应法的无速度传感器南通矿用变压器矢量控制系统 核心提示： 无速度传感器技术的运用，一方面可以完成高性能控制中对速度闭环的需要，另一方面又减少了由安装速度传感器而引起的系统硬件复杂性上升和可靠性下降。在所有南通矿用变压器无速度传感器的控制策略中，磁通的观测及其无速度传感器技术的运用，一方面可以完成高性能控制中对速度闭环的需要，另一方面又减少了由安装速度传感器而引起的系统硬件复杂性上升和可靠性下降。在所有南通矿用变压器无速度传感器的控制策略中，磁通的观测及其准确控制尤为重要。但是由于目前所有磁通或速度观测器都或多或少地依赖于电机参数辨识的准确性矿用变压器，因此提高电机控制策略的鲁棒性是研究南通矿用变压器控制系统的关键。在南通矿用变压器的参数中，转子电阻由于温升和饱和的效应，相对于定子电阻和感抗而言变化较快，有时可以达到50%.而且转子参数的辨识比较困难，因此在控制系统的观测器中应该尽量减少采用转子参数。下面将就这个问题对本系统中的两个关键环节：磁通观测和速度辨识作一个详细的论述，最后将构造一个完整的系统并给出仿真和。
磁通观测中的改进积分环节图中era和eg分别为两相静止坐标系轴aP的反电动势，作为磁通观测器的输入。XaXp作为输出，分别为aP轴的观测磁通。Xr为合成后的转子磁通幅值，限幅环节的上下限为（= 1.0），9为转子磁通与两相静止坐标系aP轴的夹角。之所以没有将Xr3直接引入反馈而是将X引入反馈，是为了尽量减少反馈量与限幅值之间差值而造成的输出偏置。同时，系统在磁通幅值的不同阶段予以不同的补偿，使得相移得以不同的补偿。
速度观测是无速度传感器电机控制系统的关键。自1975年AAbbondanti等人在无速度传感器领域做了第一次尝试以来，在不同速度范围和运行工况下准确地辨识电机转速一直是人们研究的重点。如何保证速度辨识的动态特性和稳态特性是一个关键问题。目前在速度观测方面运用较多的有直接计算法、模型自适应法（MRAS）、PI自适应法、扩展卡尔曼滤波法（EKF）和注入法等。其中后两种方法由于对处理器计算能力要求比较高和实现较为困难，所以在工程中运用较少。目前在199-丽4触盟节的输入cJo腿1 Electronic酿ish工用较多多的为直接e计算法/要和是直接计算法和MRAS法的仿真结果，仿真条件是转子参数变化50%，并于1.5s突加额定负载。
图通过仿真结果可以看出，直接计算法动态响应和稳态精度较好，但对于转子参数非常敏感。而MRAS法虽然对转子电阻的鲁棒性较好，但是低速下稳态精度难以保证。下面介绍的PI自适应法对参数的鲁棒性要优于直接计算法，而且低速下稳态精度比较高。PI自适应法的结构如所示。
由可以看出，这种速度观测方法实际是MRAS法的一种变形，它充分利用了控制系统已有71994-2014ChinaAcademicJournal结构，在其基础上以PI调节器估计转速，结构比模型自适法简单。
PI调节自适应法转速估计策略的基本关系式为其中电磁转矩Te利用观测的定子磁通计算得到，这样电磁转矩可以避免转子参数和转子磁通观测结果的影响。
在实际系统中，由于定子磁通观测中存在一定纹波，所以由有两项，即转速值及与之对应的根据磁通函数曲线得到的转子磁链值XI转子磁链可以通过转子磁链观测器得到。根据转子磁链值X〗与估计值之间的差值，通过磁通调节器可以得到电压矢量磁通分量指令值。
转速环为转矩环的外环，其指令值是转速给定值cV，电机的转速通过速度辨识获得。根据转速指令值与估计值之间的差值，由速度调节器得出下一指令周期的转矩分量指令值T，这是转矩环的输入量之一。
转矩环的另一输入量是已经计算出来的电磁转矩分量估计值，它与转速环的输出的差值，作为转矩由于在磁通观测中存在一定的相角误差，为了对其进转矩分量和磁通分量指令值上添加相应的补偿量，最行补偿，以保证动态的磁通恒定，分别在电压矢量的终得到下一周期的电压矢量指令4 5仿真和实验结果bookmark3 5.1仿真结果采用C语言对系统进行了软件仿真。采样时间为1（T4S，利用电机模型计算的定子电流代替实际系统的采样电流。系统响应如下：转矩和磁通的波形。可见磁通和转矩的跟踪比较快，而且速度的估算比较准确，稳态精度比较高。
同时电流、磁通和转矩的波形中纹波成份比较少。
为速度指令为238r/min时的情况，转子参数变化50%，并在1.5s时突加额定负载时的速度和转矩波形。由波形可以看出PI自适应的速度估算方法对转子参数（尤其是转子电阻）有较强的鲁棒性。但是这种方法由于引入PI调节器，使系统速度的动态响应受到影响，从图中可以看出，实际转速无法快速跟随估算速度，而且突加负载时会有一个小的稳态速度降落。
5.2实验结果本系统的实验是在一台2 2kW的Y形联接的电机上进行的，实验波形如、。
5.21速度指令值为750r/min时空载起动的速度、转矩、转子磁通和电流波形由可以看出，该系统在1000ms时得到起动指令并开始起动，在起动过程中磁通和转矩的动态响应比较快，上升速度很快，磁通略有超调，转矩的纹波主要由定子磁通的观测结果造成并造成观测速度上的毛刺。实际速度在2s之内达到速度给定，波形毛刺较少，电流正弦度比较高。
5.22速度指令值为100r/min，突加额定负载（7.5Nm）时的估算速度、实际速度、转子磁通、电流和转矩波形由以上波形可见，本系统在低速下稳态精度比较好，估算速度波形的毛刺较少。突加额定负载时，磁通基本保持恒定，电流很快达到额定。但是从速度波形上可以发现，估算速度动态速降很小（约为4r/min），而且稳态速降为零；而实际速度在动态速降相对较大（约为8r/min），而且稳态有一个小的稳定速度降落。这是由于在速度的估算中引入了PI调节器，它影响了速度的响应时间，使得动态的速度观测不准，这也是PI自适应法的速度观测器的最大问题。这个问题在中高速情况下并不明显，但是低速下就显现出来了。
6结论在无速度传感器的电机矢量控制系统中，近年来的研究集中在磁通的精确观测和控制以及速度的观测上。磁通观测器对电机参数（特别是转子参数）的敏感性以及低速下的测量误差一直是影响磁通观测器准确性的重要原因。本文中介绍的磁通观测器利用了含有定子电阻的电压模型，并通过补偿有效地解决了低速下的观测精确性问题。同时介绍的邓4应法的速度观测器利用皇适应原理也有效地提高了对转子参数的鲁棒性和速度观测的精，度。仿真和试验结果证明了它的可行性和有效性。shmglouse.Allnghtsreserved.自/*堆（c）转子磁通（d）电流速度指令值为100i/min突加负载的波形
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