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1 引言 在高性能的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常，采用光電碼盤等速度傳感器來進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測，并反饋轉(zhuǎn)速信號。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來一些缺陷：系統(tǒng)的成本大大增加；精度越高的碼盤價格也越貴；碼盤在電機(jī)軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當(dāng)將影響測速的精度；電機(jī)軸上的體積增大，而且給電機(jī)的維護(hù)帶來一定困難，同時破壞了異步電機(jī)的簡單堅(jiān)固的特點(diǎn)；在惡劣的環(huán)境下，碼盤工作的精度易受環(huán)境的影響。因此，越來越多的學(xué)者將眼光投向無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究。國外在20世紀(jì)70年代就開始了這方面的研究，但首次將無速度傳感器應(yīng)用于矢量控制是在1983年由R．Joetten完成，這使得交流傳動技術(shù)的發(fā)展又上了一個新臺階，但對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究仍在繼續(xù)。 2 無速度傳感器的控制方法 在近20年來，各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，無速度傳感器控制技術(shù)的發(fā)展始于常規(guī)帶速度傳感器的傳動控制系統(tǒng)，解決問題的出發(fā)點(diǎn)是利用檢測的定子電壓、電流等容易檢測到的物理量進(jìn)行速度估計(jì)以取代速度傳感器。重要的方面是如何準(zhǔn)確地獲取轉(zhuǎn)速的信息，且保持較高的控制精度，滿足實(shí)時控制的要求。無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本；另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電機(jī)與控制器的連線，使得采用無速度傳感器的異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用更加廣泛。國內(nèi)外學(xué)者提出了許多方法。 （1）動態(tài)速度估計(jì)法主要包括轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)和轉(zhuǎn)子反電勢估計(jì)。都是以電機(jī)模型為基礎(chǔ)，這種方法算法簡單、直觀性強(qiáng)。由于缺少無誤差校正環(huán)節(jié)，抗干擾的能力差，對電機(jī)的參數(shù)變化敏感，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時，加上參數(shù)辨識和誤差校正環(huán)節(jié)來提高系統(tǒng)抗參數(shù)變化和抗干擾的魯棒性，才能使系統(tǒng)獲得良好的控制效果。 （2）PI自適應(yīng)控制器法其基本思想是利用某些量的誤差項(xiàng)，通過PI自適應(yīng)控制器獲得轉(zhuǎn)速的信息，一種采用的是轉(zhuǎn)矩電流的誤差項(xiàng)；另一種采用了轉(zhuǎn)子q軸磁通的誤差項(xiàng)。此方法利用了自適應(yīng)思想，是一種算法結(jié)構(gòu)簡單、效果良好的速度估計(jì)方法。 （3）模型參考自適應(yīng)法（MRAS）將不含轉(zhuǎn)速的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速的模型作為可調(diào)模型，2個模型具有相同物理意義的輸出量，利用2個模型輸出量的誤差構(gòu)成合適的自適應(yīng)律實(shí)時調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)（轉(zhuǎn)速），以達(dá)到控制對象的輸出跟蹤參考模型的目的。根據(jù)模型的輸出量的不同，可分為轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)法、反電勢估計(jì)法和無功功率法。轉(zhuǎn)子磁通法由于采用電壓模型法為參考模型，引入了純積分，低速時轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)法的改進(jìn)，前者去掉了純積分環(huán)節(jié)，改善了估計(jì)性能，但是定子電阻的影響依然存在；后者消去了定子電阻的影響，獲得了更好的低速性能和更強(qiáng)的魯棒性。總的說來，MRAS是基于穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的參數(shù)辨識方法，保證了參數(shù)估計(jì)的漸進(jìn)收斂性。但是由于MRAS的速度觀測是以參考模型準(zhǔn)確為基礎(chǔ)的，參考模型本身的參數(shù)準(zhǔn)確程度就直接影響到速度辨識和控制系統(tǒng)的成效。 （4）擴(kuò)展卡爾曼濾波器法將電機(jī)的轉(zhuǎn)速看作一個狀態(tài)變量，考慮電機(jī)的五階非線性模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器法在每一估計(jì)點(diǎn)將模型線性化來估計(jì)轉(zhuǎn)速，這種方法可有效地抑制噪聲，提高轉(zhuǎn)速估計(jì)的精確度。但是估計(jì)精度受到電機(jī)參數(shù)變化的影響，而且卡爾曼濾波器法的計(jì)算量太大。 （5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)替代電流模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，用誤差反向傳播算法的自適應(yīng)律進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)，網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值為電機(jī)的參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在理論研究還不成熟，其硬件的實(shí)現(xiàn)有一定的難度，使得這一方法的應(yīng)用還處于起步階段。 3 結(jié)論 異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制除以上所提及的方法外，還有轉(zhuǎn)子齒諧波法和高頻注入法。雖然辨識速度的方法很多，但仍有許多問題有待解決，如系統(tǒng)的精度、復(fù)雜性和系統(tǒng)的可靠性間的矛盾、低速性能的提高等。今后無速度傳感器控制的研究發(fā)展的方向應(yīng)為：提高轉(zhuǎn)速估計(jì)精度的同時改進(jìn)系統(tǒng)的控制性能，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾，抗參數(shù)變化能力的魯棒性，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠。隨著現(xiàn)代控制理論、微處理器、DSP器件以及電力電子開關(guān)器件的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高性能的無速度傳感器異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的前景相當(dāng)樂觀。 |
