一種新型極低速異步電機(jī)無速度傳感器控制方法

1引言

　　近年來，異步電機(jī)的無速度傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。目前，異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制在中高速段已獲得良好的控制性能，但在極低速段（1Hz）卻仍未實(shí)現(xiàn)良好的控制。這是因?yàn)槌Ｓ玫?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/異步">異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制方法需要利用反電勢，而反電勢在極低速時(shí)很小，受采樣精度和電機(jī)參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無法實(shí)現(xiàn)極低速段的無速度傳感器矢量控制。

　　為了實(shí)現(xiàn)極低速段的異步電機(jī)無速度傳感器控制，研究人員提出了各種控制方法。其中研究較多的是高頻信號注入法，利用注入的高頻定子電壓信號產(chǎn)生的電流響應(yīng)來估計(jì)轉(zhuǎn)子位置[1]-[5]。這些基于高頻信號注入的方法都利用了異步電機(jī)的非理想特性，如轉(zhuǎn)子凸極、齒槽效應(yīng)及飽和效應(yīng)等。但是，這些基于高頻信號注入的方法存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即高頻響應(yīng)信號常常與其他高頻諧波混合在一起，較難分離。需要采用復(fù)雜的信號處理方法獲得所需高頻響應(yīng)信號，從而降低了系統(tǒng)響應(yīng)速度，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，由于基于高頻信號注入的方法利用了異步電機(jī)的非理想特性，因此受電機(jī)結(jié)構(gòu)影響較大，缺乏一定的通用性。

　　為避免上述高頻信號注入法所固有的各種問題，本文提出了一種基于低頻信號注入的方法。該方法將文獻(xiàn)[5]中的高頻諧波信號變?yōu)榈皖l諧波信號，通過注入低頻d軸定子電流信號，利用產(chǎn)生的角度誤差估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速。該方法僅利用異步電機(jī)的基波模型，不依賴各種非理想特性，所以不受異步電機(jī)結(jié)構(gòu)影響，具有普遍的適用性。此外，該方法所需低頻響應(yīng)信號容易分離，消除了高頻信號注入法信號分離難的缺點(diǎn)，而且對電機(jī)參數(shù)具有較強(qiáng)的魯棒性，無須進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文提出的基于低頻信號注入的方法可以很好地實(shí)現(xiàn)極低速段異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制。

2低頻信號注入法原理

　　由異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型及運(yùn)動方程可知，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為：

圖2低頻信號注入法系統(tǒng)控制原理框圖

3電機(jī)參數(shù)魯棒性分析

　　由上述分析可知，本文提出的低頻信號注入法僅與注入信號及其引起的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)有關(guān)，而與異步電機(jī)的定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，因此對定轉(zhuǎn)子電阻有很好的魯棒性。

　　此外，由于在滑差轉(zhuǎn)速計(jì)算中用到了轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，因此的變化會影響到估計(jì)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確性。盡管如此，由于在同步轉(zhuǎn)速估計(jì)中并未用到轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，所以的變化對轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計(jì)沒有影響。因此，本文的方法對轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)也具有良好的魯棒性。