基于滑模定子電阻觀測器的直接轉(zhuǎn)矩控制
姜文，賀昱曜
(西北工業(yè)火學(xué)，陜西西安7I0072)
摘要：為了解決定子電阻變化對磁鏈估算的影啊，在水磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了滑模自適應(yīng)定子電阻觀測器；給出了理論證明，并推導(dǎo)出定子電阻自適應(yīng)率；最后對其進行仿真。仿真結(jié)果表明，定子電阻滑模自適應(yīng)觀測器增強了系統(tǒng)對定子電阻變化的自適應(yīng)性能，克服了定子電阻變化對磁鏈估算的影響，有效地提高了系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩的控制精度。
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制有別于矢量控制解耦的思想，采用定子磁場定向和直接在定子坐標系下控制電磁轉(zhuǎn)矩，從而獲得較好的動靜態(tài)特性。然而直接轉(zhuǎn)矩控制要使用電機的定子電阻來估算定子磁鏈，定子電阻又會隨著溫度和電流頻率發(fā)生變化，電阻發(fā)生變化就會引起定子磁鏈的觀測準確度下降，從而導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩的佶算存在誤差。因此，對定子電阻實施在線觀測是提高直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)精度的一種重要方法。
近年來，許多學(xué)者在這方面做了大量的工作，文獻[3]提出了在異步電機驅(qū)動系統(tǒng)中，通過使用PI和模糊控制器對定子電流誤差進行控制，從而達到調(diào)節(jié)定子電阻的目的，這種方法的主要思想是利用定子電流誤差對定子電阻進行補償。這種方法雖然在一定程度上可以解決定子電阻變化帶來的問題，但是控制系統(tǒng)中的PI控制器，其參數(shù)對溫度以及環(huán)境的變化非常敏感，所以對于高精度要求，這種方法很難滿足。文獻[4]提出了使用定子磁鏈控制器估算定子電阻誤差，這種控制方法的主要思想和文獻[3]很相似，它是將磁鏈誤差通過PI控制器對定子電阻進行補償。由于滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠很好地克服環(huán)境對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)具有很強的抗干擾性能和自適應(yīng)性能。鑒于此，本文提出了應(yīng)用滑模自適應(yīng)觀測器對定子電阻進行在線觀測，并用觀測的定子電阻進行磁鏈估算。仿真表明，這種方法能夠克服定子電阻變化對系統(tǒng)帶來的影響，具有較強的自適應(yīng)性，提高了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的精度，增強了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的動靜態(tài)特性。
1永磁同步電動機系統(tǒng)方程
永磁同步電動機在d—q坐標系(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標系)下的電壓和磁鏈方程為：
式中：p為微分算子；R為定子電阻；ω為轉(zhuǎn)子角速度；ψf為永磁體產(chǎn)生的磁鏈；Ld、Lq、ψd、ψq、id、iq、Ud、Uq分別為電感、磁鏈、電流、定子電壓在d、q軸上的分量。將式(3)、式(4)代人式(1)、式(2)得電壓矩陣方程：
式中：p為微分算子。由α-β坐標系(靜止坐標系]和d—q坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系：
對于隱式永磁同步電動機，有Ld=Lq，則式(7)又可以寫成：
由式(8)又可以推出：
式中：eα、eβ——擴展反電動勢；
2滑模自適應(yīng)觀測器的設(shè)計
根據(jù)式(10)，選擇滑模自適應(yīng)觀測器為：
K為觀測器增益。令滑模面：
即：
選擇Lyapunov函數(shù)：
將式(13)代人式(16)得：
根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性定理，要使觀測器穩(wěn)定，必須由
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