無位置傳感器交流電機動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩伺服控制
陳在平(天津理工學(xué)院300050)
【摘 要】簡述交流電機動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩控制的基本工作原理，提出了基于定子磁鏈比值法的位置觀測器以及相應(yīng)的磁通觀測模型。由于這一方案無需進行參數(shù)辨識，計算簡單，因此適合應(yīng)用于無位置傳感器的交流電機磁通轉(zhuǎn)矩伺服控制。
1 引 言
伺服驅(qū)動用感應(yīng)電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護方便，因此目前在伺服系統(tǒng)中仍獲得廣泛應(yīng)用。雖然矢量控制技術(shù)的發(fā)展使得交流電機伺服系統(tǒng)的控制獲得了較好的解決，但由于這種控制技術(shù)所進行的各種變換與計算十分復(fù)雜，加之電機參數(shù)的變化對矢量控制特性的敏感性，因而系統(tǒng)實現(xiàn)這種控制具有一定的難度，而且實際控制效果有時也很難達到理論分析的水平。電機動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩控制，它不涉及矢量控制中的各種變換與解耦處理，而是通過在固定坐標(biāo)系下直接對定子磁通與轉(zhuǎn)矩進行計算、估計，實現(xiàn)電機磁通與轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制。由于其算法簡單，實時性好，因而適合伺服控制系統(tǒng)。然而在系統(tǒng)中位置傳感器的存在會造成系統(tǒng)成本增加，同時往往又降低了可靠性，因而近年來關(guān)于無位置傳感器控制系統(tǒng)的研究工作在交流伺服控制領(lǐng)域中獲得了極大的重視，并取得了一定的進展，但在動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩控制方面的應(yīng)用確很少涉足。本文所提出的磁通觀測模型與位置觀測器，無需進行參數(shù)辨識，并且計算量很少，因而構(gòu)成的伺服系統(tǒng)能充分發(fā)揮動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩控制算法簡單的優(yōu)勢。
2基于定子磁通鏈比值法的位置觀測器
在固定坐標(biāo)系下，定子電壓方程為：
由上式不難看出，忽略定子電阻壓降，定子磁通鏈將沿us(s)的方向運動，即通過控制逆變單元開關(guān)的適當(dāng)切換，就可有效地控制定子磁通鏈按給定要求旋轉(zhuǎn)與變化�？梢宰C明在定子磁通鏈幅值恒定時，電機轉(zhuǎn)矩將直接受定、轉(zhuǎn)子磁通鏈轉(zhuǎn)差角的影響，從而通過控制定子磁通鏈達到控制電機轉(zhuǎn)矩的目的的。因此在控制過程中，就必須實時檢測定子磁通鏈，以保證控制的需要。由電機定子電壓方程可以很方便的構(gòu)造出磁通觀測模型，但由于在低頻時定子電阻壓降的影響，將導(dǎo)致很大的磁通估計誤差。因此，為了保證磁通估計的正確性，應(yīng)在觀測模型中引入轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或位置信息，同時這也是伺服控制的要求。
考查電機機械特性，如圖1所示，由機械特性可知電機轉(zhuǎn)速將隨轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，在轉(zhuǎn)矩為tn時刻的對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1n，在轉(zhuǎn)矩為tn+1時刻對應(yīng)轉(zhuǎn)速為n1n+1因而可以得到:
θr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。由于式(5)存在同步角速度ω0，因而要建立同步角速度計算模型。根據(jù)式(1)給出的定子電壓方程，可得到：
式中△t是2次計算的間隔時間。由于采用了比值法進行計算，磁通鏈的α、β分量的比值受參數(shù)變化的影響很小，因此由它可以正確確定磁通鏈的轉(zhuǎn)角與角速度，進而確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角位移�？紤]到電機轉(zhuǎn)矩存在如下關(guān)系：
根據(jù)式(5)、(6)、(9)、(10)、(11)即可構(gòu)造出位置觀測器模型，如圖2所示。
圖2中tc為轉(zhuǎn)矩計算單元，sω為同步轉(zhuǎn)速計算單元。
3 基于定子電壓與電流的磁通觀測模型
在固定直角坐標(biāo)系下，定、轉(zhuǎn)子磁通鏈方程與轉(zhuǎn)子電壓方程可寫成如下形式：
考慮到上述方程定義在α—β坐標(biāo)系，根據(jù)這些方程及前面得到的位置觀測器即可得到定子磁通觀測模型，如圖3所示。
圖3中sob為轉(zhuǎn)速觀測單元。由于在觀測器中引入了轉(zhuǎn)速信息，因此可以做到電機在低速運轉(zhuǎn)時對磁通的正確估計，這對伺服控制是極為重要的。
4 無位置傳感器交流電機動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩伺服控制
圖4給出了電機動態(tài)磁通轉(zhuǎn)矩伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)采用電壓型逆變 |
