異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制策略綜述

1、異步電動(dòng)機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制策略綜述 基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（4092013），北京市屬高等學(xué)校人才強(qiáng)教計(jì)劃資助項(xiàng)目（TXM2007_014223_044661），北京市教委科技面上項(xiàng)目(KM200810015003)，北京印刷學(xué)院引進(jìn)人才項(xiàng)目(09170107019)，北京印刷學(xué)院科技重點(diǎn)項(xiàng)目。曹少中(北京印刷學(xué)院 信息與機(jī)電工程學(xué)院，北京 102600)摘要：無(wú)速度傳感器控制是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外交流電機(jī)傳動(dòng)的熱點(diǎn)，本文以近兩年發(fā)表在國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議上的相關(guān)學(xué)術(shù)論文為主要調(diào)研對(duì)象，對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制策略進(jìn)行了綜述, 介紹了近年來(lái)國(guó)際上無(wú)速度傳感器控制的傳統(tǒng)策略和

2、新進(jìn)展：直接計(jì)算法、模型參考自適應(yīng)法、轉(zhuǎn)速觀測(cè)器法、磁鏈觀測(cè)器法、信號(hào)注入法、人工智能方法等。闡述了這些常見(jiàn)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法的理論要點(diǎn)，并對(duì)以上方法進(jìn)行了分析比較，指出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。最后，對(duì)今后的研究方向提出了自己的建議。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；無(wú)速度傳感器；控制策略Review the Strategy for Speed Sensorless Vector Control of Asynchronous MotorsCAO Shao-zhong(1. School of Information & Mechanical Engineering, Beijing Instit

3、ute of Graphic Communication , Beijing 102600,China)Abstract Speed sensorless control is one of the hotspots in international AC drive field. Both of the conventional and new strategy for speed sensorless vector control of asynchronous motor in this paper referred from the recent academic journals a

4、nd academic conferences in the recent two years are summarized. Some frequently-used speed-estimation methods, such as direct computing method, model reference adaptive system, speed observer method, flux observer method，signal injection method, and artificial intelligence method, are introduced and

5、 both of their merits and dements ,as well as their application. The paper also discussed the fundamentals of the above methods. Finally, by comparisons of these strategies ,some suggestions for future researches fields are explored.Keywords asynchronous motor; speed sensorless; control strategy1 引言

6、異步電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、成本低、易維護(hù)、可適合于大容量調(diào)速和工作于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直期望將異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用到高性能調(diào)速系統(tǒng)中去。但是，由于異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，目前仍然沒(méi)有很好的方法解決它的高精度控制問(wèn)題, 使得異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能無(wú)法和永磁同步電機(jī)相媲美。因此異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)性能的改進(jìn)一直是交流調(diào)速領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著異步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)的進(jìn)步，異步電動(dòng)機(jī)的控制精度和性能顯著提高。在高性能的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制是必不可少的。通常，采用光電編碼器等速度傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，但在實(shí)際的

7、系統(tǒng)中，傳感器的存在不僅增加了系統(tǒng)成本，易受工作環(huán)境影響，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性，因此，無(wú)速度傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)成為近年研究熱點(diǎn)。國(guó)際上已成功的開(kāi)發(fā)出了多種系列的無(wú)速度傳感器高性能通用變頻器產(chǎn)品，為了縮短與國(guó)外的差距，很多學(xué)校和企業(yè)都在進(jìn)行研發(fā)工作。但從總體上看，國(guó)內(nèi)的研究主要是學(xué)習(xí)國(guó)外的文獻(xiàn)，羅列國(guó)外的成果，吸收和模仿國(guó)外的產(chǎn)品，尚缺乏創(chuàng)新的成就。無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)的關(guān)鍵，在于理論上控制系統(tǒng)的正確辨識(shí)和參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)；應(yīng)用上所研究的算法在硬件系統(tǒng)上的可行性、實(shí)時(shí)性、和可靠性。目前，國(guó)內(nèi)外的研究者們已提出了許多不同的異步電動(dòng)機(jī)無(wú)速度傳感器轉(zhuǎn)速估計(jì)策略。本文簡(jiǎn)要介紹幾種常見(jiàn)無(wú)速度傳感器控

8、制策略。2 無(wú)速度傳感器矢量控制策略2.1 直接計(jì)算方法這種方法的出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)電機(jī)的基本電路和電磁關(guān)系式，推導(dǎo)出關(guān)于轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置角的估計(jì)表達(dá)式，包括基于狀態(tài)方程的直接綜合法、基于檢測(cè)電機(jī)端電壓和電流直接計(jì)算法 Bolognani,S;Peretti,L.;Zigliotto,M."Parameter Sensitivity Analysis of an Improved Open-Loop Speed Estimate for Induction Motor Drives"IEEE. Trans. Pow. Electron. 2008, 23(4): 2127-2135

9、、轉(zhuǎn)差頻率法 趙光宙，黃雷.交流傳動(dòng)的無(wú)速度傳感器技術(shù)綜述J.電氣傳動(dòng)，2008，27(4) : 20-26 、反電動(dòng)勢(shì)法、時(shí)頻分析方法以及基于轉(zhuǎn)矩電流微分的動(dòng)態(tài)計(jì)算法 Liu Xu; Ruan Yi; et al. "On speed sensorless vector control system for induction motor based on estimating speed by torque current differential". CCC 2008. 27th Chinese , pp.169-173, 2008等。利用電壓和電流中轉(zhuǎn)速信息直接計(jì)算

10、法的主要優(yōu)點(diǎn)是:算法簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)沒(méi)有延時(shí)。主要缺點(diǎn)是:轉(zhuǎn)速的計(jì)算需要已知磁鏈，磁鏈觀測(cè)與控制的準(zhǔn)確性直接影響轉(zhuǎn)速辨識(shí)精度；轉(zhuǎn)速估計(jì)值對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴很大,當(dāng)電機(jī)參數(shù)變化時(shí),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能都要受到很大的影響；特別是在低速時(shí),由于磁鏈由反電動(dòng)勢(shì)積分求得，積分器的零漂問(wèn)題使計(jì)算出的磁鏈值含有積分誤差，轉(zhuǎn)速的計(jì)算精度將降低 Pellegrino, G.; Guglielmi, et al."Self-Commissioning Algorithm for Inverter Non-Linearity Compensation in Sensorless induction m

11、otor Drives". IEEE .pp.1-7, 2008。反電動(dòng)勢(shì)法通過(guò)檢測(cè)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)(Back-EMF)來(lái)獲得位置信號(hào)，一般將非導(dǎo)通繞組的端電壓或相電壓中反映出來(lái)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作為反電動(dòng)勢(shì)。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，但往往帶有很多噪聲信號(hào)，并且在電動(dòng)機(jī)低速或轉(zhuǎn)子止轉(zhuǎn)時(shí)不適用。時(shí)頻分析方法通過(guò)快速傅里葉變換分析空間矢量角波動(dòng)信號(hào)，而這個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適用于沒(méi)有固定基波頻率的電機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，缺點(diǎn)是計(jì)算量大且計(jì)算復(fù)雜 Chun Wang; Zhongfu Zhou;et al."Current space vector amplitude fluctuat

12、ion based sensorless speed measurement of induction machines using Short Time Fourier Transformation". IECON 2008. 34th Annual Conference of IEEE , pp.1869-1874, 2008。為了降低頻率失真及快速傅里葉變換的誤差，引入了多項(xiàng)式近似方法得到頻率校正的公式，同時(shí)使諧振分析更加準(zhǔn)確 Qianxiang Li; Jingtao Hu, "A high accuracy FFT algorithm for induction

13、motor sensorless speed estimation," ICEMS 2008. International Conference on :851-854 , 2008。由于轉(zhuǎn)速直接計(jì)算方法不存在任何誤差校正環(huán)節(jié),因此抗干擾能力和魯棒性較差,甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況；另外,定子電阻、轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)都隨溫度變化而變化,電感要受電流集膚效應(yīng)以及磁飽和的影響?？傊瑸榱颂岣呦到y(tǒng)抗參數(shù)變化和干擾的魯棒性，在實(shí)際控制系統(tǒng)中，一般加上參數(shù)辨識(shí)和誤差校正環(huán)節(jié)。2.2 模型參考自適應(yīng)法模型參考自適應(yīng)法(Model Reference Adaptive SystemMRAS)是利用兩套不同的輸

14、入變量、兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的電機(jī)模型來(lái)估計(jì)電機(jī)的同一變量。其中,不涉及被估計(jì)量的電機(jī)模型被稱為參考模型,涉及到被估計(jì)量的電機(jī)模型被稱為自適應(yīng)模型 李永東. 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.。如圖1所示,利用這兩個(gè)模型輸出量的誤差通過(guò)辨識(shí)算法產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速的估計(jì)值；再利用轉(zhuǎn)速估計(jì)值來(lái)修正自適應(yīng)模型,當(dāng)自適應(yīng)模型的輸出和參考模型的輸出完全相等時(shí),理論上辨識(shí)算法模塊的輸出就等于電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。否則辨識(shí)算法模塊將不斷調(diào)節(jié),直到滿足誤差要求。參考模型和自適應(yīng)模型的輸出可以選擇轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量、反電動(dòng)勢(shì)、無(wú)功功率等。MRAS速度觀測(cè)器的運(yùn)算公式： (1) (2)其中分別為電流模型得到的磁鏈觀

15、測(cè)值，分別為電壓模型得到的磁鏈觀測(cè)值。MRAS可以采用不同的狀態(tài)變量作為速度整定信號(hào),但是在實(shí)際使用過(guò)程中,必須盡量提高參考模型的精度,這就要求參考模型盡量不依賴于電機(jī)參數(shù)(特別是隨運(yùn)行工況變化較大的參數(shù))以及不含純積分環(huán)節(jié)。因?yàn)榧兎e分環(huán)節(jié)存在積分初始值、磁飽和(saturation problem)、相誤差(the phase error)和直流飄移(DC drift)的累加問(wèn)題。在實(shí)際中,通常用低通濾波器代替純積分,并可采用基于電流的定子電阻擾動(dòng)補(bǔ)償方法使磁鏈估計(jì)不受定子電阻的影響 Yanhui He; Yue Wang; et al."Speed sensorless stat

16、or-flux-oriented control of induction motor drive with stator resistance compensation," IPEMC '09. IEEE 6th International , pp.613-619, 2009；或者在參考模型和可調(diào)模型的高通濾波環(huán)節(jié)中插入一個(gè)線性傳遞函數(shù)來(lái)抵消純積分的影響 Haddoun, A.; Benbouzid, M.E.H.; et al."Comparative analysis of estimation techniques of SFOC induction mo

17、tor for electric vehicles". ICEM 2008. 18th International Conference on , pp.1-6,2008。圖1 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)基本原理日本學(xué)者T. Ohtani在轉(zhuǎn)子磁鏈參考系中提出了一種理論意義上的轉(zhuǎn)速辨識(shí)方法PI自適應(yīng)法，這種方法是MRAS法的一種變形。他提出了用定子電流轉(zhuǎn)矩分量參考值與估計(jì)值之差得到轉(zhuǎn)速的信息的方法，利用PI調(diào)節(jié)器對(duì)上述差值進(jìn)行處理，合理設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，可以對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行辨識(shí)。此方法的算法比上述方法大為簡(jiǎn)化。但由于沒(méi)有確定的參考模型，即無(wú)法保證轉(zhuǎn)矩電流指令值(或轉(zhuǎn)矩指令值)的準(zhǔn)確性，因此

18、實(shí)用性有待技術(shù)的突破。文獻(xiàn) Deng Xin; Zhao Jin; Luo Hui;et al."Design of MRAS-based observer in speed sensorless induction motor drive" ICIEA 2009. 4th IEEE Conference on , pp.3585-3590, 2009在MARS中采用帶PI自適應(yīng)反饋?lái)?xiàng)校正的改進(jìn)型積分環(huán)節(jié)，使低速區(qū)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能得到改善。MARS的性能很大程度上依賴于圖1中辨識(shí)算法環(huán)節(jié)自適應(yīng)律的確定。當(dāng)前，主要有以局部參數(shù)最優(yōu)化理論、李雅普諾夫穩(wěn)定性理論、波波夫穩(wěn)定性理

19、論為基礎(chǔ)的3種設(shè)計(jì)自適應(yīng)律的方法 王成元，夏加寬，孫宜標(biāo).現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。第一種方法不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以常采用后兩種方法。這些方法的自適應(yīng)模型都是確定的數(shù)學(xué)模型,便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。然而使用數(shù)學(xué)模型不同程度地影響了轉(zhuǎn)速估計(jì)的精度和魯棒性。采用基于人工智能(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) Sayouti, Y.; Abbou, A.; Akherraz, M.; Mahmoudi, H., "MRAS-ANN based sensorless speed control for direct torque controlled induction motor drive

20、," Power Engineering, Energy and Electrical Drives, 2009. POWERENG '09. International Conference on , pp.623-628, 2009、模糊控制 Dybkowski, M.; Orlowska-Kowalska, T., "Low-speed performance of the stator current-based MRAS estimator with FL controller in the sensorless induction motor drive

21、". OPTIM 2008. 11th International Conference on , pp.75-80, 2008等)的非線性自適應(yīng)模型可以解決模型參考自適應(yīng)方法目前存在的問(wèn)題。2.3 轉(zhuǎn)速觀測(cè)器法觀測(cè)器的實(shí)質(zhì)是狀態(tài)重構(gòu)，其原理是重新構(gòu)造一個(gè)系統(tǒng)，利用原系統(tǒng)中可以直接量測(cè)的變量作為它的輸入信號(hào)，并使其輸出信號(hào)在一定條件下等價(jià)于原系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)前研究較多的轉(zhuǎn)速觀測(cè)器主要有：卡爾曼濾波器、龍貝格觀測(cè)器、自適應(yīng)觀測(cè)器以及滑模觀測(cè)器等?？柭鼮V波器(Kalman Filter)是R. E. Kalman在20世紀(jì)60年代提出的一種線性最小方差意義上的最優(yōu)預(yù)測(cè)估計(jì)的遞推計(jì)算方法，

22、該算法可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與計(jì)算的同步，且計(jì)算可由硬件在線完成。它的特點(diǎn)是可以有效削弱隨機(jī)干擾和測(cè)量噪聲的影響。擴(kuò)展卡爾曼濾波算法是線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的卡爾曼濾波器在非線性系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。擴(kuò)展卡爾曼濾波算法提供了一種迭代形式的非線性估計(jì)方法,避免了對(duì)測(cè)量量的微分計(jì)算,通過(guò)對(duì)Q陣和R陣的選擇可以調(diào)節(jié)狀態(tài)收斂的速度?；诟袘?yīng)電機(jī)逆伽馬模型的擴(kuò)展卡爾曼濾波器，把電機(jī)參數(shù)的變化當(dāng)做狀態(tài)噪聲，應(yīng)用在矢量控制上大大提高了控制精度和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行速度范圍 Zhefeng Li; Gang Zhang; et al."Extended Kalman Filter based on inverse model o

23、f induction motor,". VPPC '08. IEEE , pp.1-5,2008。然而,擴(kuò)展卡爾曼濾波算法計(jì)算量很大，且是建立在對(duì)誤差和測(cè)量噪聲的統(tǒng)計(jì)特性已知的基礎(chǔ)上的,需要在實(shí)踐中摸索出合適的特性參數(shù)。此外,該方法對(duì)參數(shù)變化的魯棒性并無(wú)改進(jìn),目前,實(shí)用性還不強(qiáng),并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。與擴(kuò)展卡爾曼濾波器相比，降價(jià)卡爾曼濾波器的復(fù)雜度降低、硬件計(jì)算所需時(shí)間減少。用降價(jià)卡爾曼濾波器來(lái)觀測(cè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，能有效的降低由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然改變而引起的轉(zhuǎn)矩律動(dòng) Wang Chenchen; Li Yongdong, "A novel speed sensorless

24、field-oriented control scheme of induction motor Using Extended kalman filter with load torque observer". APEC 2008. Twenty-Third Annual IEEE , pp.1796-1802, 2008。時(shí)延(Delayed-state)卡爾曼濾波器在定子參考坐標(biāo)系中，用定子磁鏈的數(shù)學(xué)模型和定子電壓方程作為觀測(cè)器模型，能準(zhǔn)確的估計(jì)定子瞬態(tài)磁鏈。Salvatore.N在時(shí)延卡爾曼濾波器中分別引入遺傳算法和進(jìn)化算法來(lái)優(yōu)化自己的研究成果，取得了很好的效果 Salvato

25、re, N.; Cascella, G.L.; et al."Differential evolution optimization of DSKF algorithm for sensorless SFO control of induction motor drives,". IECON :1149-1154, 2008。基本龍貝格觀測(cè)器(Luenberger Observer)適用于線性時(shí)不變確定性系統(tǒng)，擴(kuò)展的Luenberger觀測(cè)器(ELO)可以適用于非線性時(shí)變確定性系統(tǒng)。文獻(xiàn) Zhang Yongchang; Zhao Zhengming, "Spee

26、d sensorless control for three-level inverter-fed induction motors using an Extended Luenberger Observer". VPPC '08. IEEE , pp.1-5, 2008中的擴(kuò)展龍貝格觀測(cè)器不僅觀測(cè)漏磁鏈和轉(zhuǎn)速，還利用電機(jī)的機(jī)械模型觀測(cè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，得到了更為平滑和準(zhǔn)確的速度估計(jì)。在ELO中將轉(zhuǎn)速看成是狀態(tài)變量,ELO在觀測(cè)磁鏈的同時(shí)觀測(cè)了轉(zhuǎn)速。ELO與EKF相比具有算法簡(jiǎn)單、便于調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。C.Schauder在1989年發(fā)表了采用自適應(yīng)觀測(cè)器方法來(lái)估計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的速度和位置的

27、文章，極大地推動(dòng)了自適應(yīng)觀測(cè)器方法在異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)速度矢量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。文獻(xiàn) Gaolin Wang; Yong Yu;et al. "A robust speed controller for speed sensorless field-oriented controlled induction motor drives". VPPC '08. IEEE , pp.1-4, 2008用自適應(yīng)擾動(dòng)觀測(cè)器作為模糊PI自校正魯棒速度控制器的前饋環(huán)節(jié)，獲得很好的動(dòng)態(tài)性能。文獻(xiàn) Traore, D.; Plestan, F.; Glumineau, A.; de Le

28、on, J., "Sensorless induction motor: High-Order Sliding-Mode Controller and Adaptive Interconnected Observer," Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.55, no.11, pp.3818-3827, Nov. 2008利用自適應(yīng)觀測(cè)器建立了統(tǒng)一穩(wěn)定可行的誤差估計(jì)動(dòng)力學(xué)，并較準(zhǔn)確地估計(jì)了磁鏈、角速度、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和定子電阻。自適應(yīng)全階狀態(tài)觀測(cè)器受電機(jī)參數(shù)變化的影響很大，而且需要附加的狀態(tài)觀測(cè)器來(lái)估計(jì)電動(dòng)機(jī)的參

29、數(shù)，使無(wú)機(jī)械傳感器傳動(dòng)系統(tǒng)的估計(jì)算法變得復(fù)雜。麻省理工學(xué)院的Slotine .J.J在1986年召開(kāi)的第25屆決策和控制會(huì)議上，探討了滑模觀測(cè)器的非線性估計(jì)問(wèn)題，引起了人們對(duì)滑模觀測(cè)器的興趣?；Ｓ^測(cè)器針對(duì)參數(shù)擾動(dòng)魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，把一般狀態(tài)觀測(cè)器中的控制回路改成滑模變結(jié)構(gòu)的形式。滑模變結(jié)構(gòu)控制的本質(zhì)是滑模運(yùn)動(dòng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)變換開(kāi)關(guān)，以很高的頻率來(lái)回切換，使?fàn)顟B(tài)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)以很小的幅度在相平面上運(yùn)動(dòng)，最終運(yùn)動(dòng)到穩(wěn)定點(diǎn)。文獻(xiàn) Jamoussi, K.; Chadli, M.; et al."Robust fuzzy sliding mode observer for sensorless fie

30、ld oriented control of induction motor". SSD '09. 6th International Multi-Conference on, pp.1-7,2009設(shè)計(jì)了線性矩陣不等式表示的模糊滑模觀測(cè)器，對(duì)參數(shù)不確定和外部干擾具有一定的魯棒性。文獻(xiàn) Zhang Yongchang; Zhao Zhengming;et al."A full sliding mode sensorless control of three-level inverter-fed induction motors". PESC 2008. I

31、EEE , pp.2825-2831, 2008用滑?？刂破魅〈鷤鹘y(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器以增強(qiáng)魯棒性和快速反應(yīng)能力，同時(shí)采用滑模觀測(cè)器觀測(cè)定子轉(zhuǎn)速和磁鏈。文獻(xiàn) Ghanes, M.; Gang Zheng, "On Sensorless Induction Motor Drives: Sliding-Mode Observer and Output Feedback Controller," Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.56, no.9, pp.3404-3413, Sept. 2009介紹了一種新型滑模觀測(cè)

32、器，只用測(cè)量的定子電流就可估計(jì)轉(zhuǎn)速、磁通和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2.4 磁鏈觀測(cè)器法磁鏈觀測(cè)器主要分為 王文森，李永東.無(wú)速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)低速性能改進(jìn)M.清華大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.6：電流型磁鏈觀測(cè)器、電壓型磁鏈觀測(cè)器以及改進(jìn)的電流或電壓型磁鏈觀測(cè)器 Yuan-shen Zhou, "Speed sensorless field-oriented control based on the novel voltage model and phase difference". ICEMS 2008. International Conference on , pp.

33、1469-1472, 2008。由旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以得到電流型轉(zhuǎn)子磁鏈模型： (3)由定子端電流的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，得到定子電流d軸分量，同時(shí)在電機(jī)參數(shù)一定、轉(zhuǎn)子繞組間互感和電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)已知的條件下，可以由上式將轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算出來(lái)，其框圖如圖2所示。 圖2 異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)磁鏈觀測(cè)電流模型 圖3 電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器電流模型可以不用定子側(cè)參數(shù)，但過(guò)于依賴電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)，如轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，這些量的存在都會(huì)使得電流模型磁鏈觀測(cè)器在低速時(shí)的性能欠佳。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)方程，可推出電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈模型表達(dá)式： (4)電壓模型可以根據(jù)加在電機(jī)上定子的電壓與電機(jī)定子電流經(jīng)過(guò)積分計(jì)算估計(jì)出轉(zhuǎn)子磁

34、鏈。這個(gè)模型的框圖如圖3所示。為了去除反電動(dòng)勢(shì)的直流偏置DC offset，文獻(xiàn) Kun Zhao; Xiaojie You, "Speed estimation of induction motor using modified voltage model flux estimation". IPEMC '09. IEEE 6th International , pp.1979-1982, 2009采用了高階低通濾波器來(lái)取代純積分器。定子磁鏈對(duì)應(yīng)于定子電阻上的壓降，故也可觀測(cè)定子磁鏈獲得轉(zhuǎn)速信息。文獻(xiàn) Peilin, Pang; Guangbin, Ding, &

35、quot;An improved flux and torque estimation strategy of speed sensorless induction motor". CCDC '09. Chinese , pp.1144-1147, 2009輔以正交最小二乘法改進(jìn)的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)辨識(shí)定子電阻，以改進(jìn)低速動(dòng)態(tài)性能。為了解決磁鏈觀測(cè)器在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，信號(hào)處理中的歐拉離散化出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，文獻(xiàn) Hui Luo; Tao Luo; Shuyun Wan, "Implementation of full-order flux observer for sp

36、eed sensorless drives of induction motor at high speeds". ICEMS 2008. International Conference on , pp.1638-1640, 2008將轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈在各自的參考坐標(biāo)系中做為狀態(tài)變量，來(lái)計(jì)算出需要測(cè)量的轉(zhuǎn)子速度。近年來(lái)，對(duì)幾種磁鏈觀測(cè)器與速度觀測(cè)器的研究逐漸交融，形成了一些新的無(wú)速度傳感器控制策略：滑模磁鏈觀測(cè)器 Jezernik, K.; Rodic, M., "Torque sensorless control of induction motor". E

37、PE-PEMC 2008. 13th , pp.2283-2288, 2008、卡爾曼濾波磁鏈觀測(cè)器 Ouhrouche, M., "Speed sensorless stator flux oriented control of an induction motor drive". ICIT 2009. IEEE International Conference on , pp.1-6, 2009、自適應(yīng)磁鏈觀測(cè)器 Yongchang Zhang; Zhengming Zhao; et al."Sensorless 3-level inverter-fed in

38、duction motor drive based on indirect torque control". IPEMC '09. IEEE 6th International , pp.589-593, 2009、模型參考自適應(yīng)磁鏈觀測(cè)器以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)磁鏈觀測(cè)器 Gadoue, S.M.; Giaouris, D.; Finch, J.W., "Sensorless Control of Induction Motor Drives at Very Low and Zero Speeds Using Neural Network Flux Observers,&qu

39、ot; Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.56, no.8, pp.3029-3039, Aug. 2009等等。2.5 信號(hào)注入法美國(guó)威斯康辛大學(xué)的Lorenz等學(xué)者為了解決電動(dòng)機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)子位置和速度估算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提出了高頻信號(hào)注入法。高頻注入是基于轉(zhuǎn)子凸極跟蹤的原理,基本思想是注入一個(gè)額外的電壓或電流激勵(lì)信號(hào),通過(guò)檢測(cè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)以確定轉(zhuǎn)子的凸極位置,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計(jì),這種方法包括旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法和脈振高頻電壓信號(hào)注入法。這種凸極跟蹤的方法不依賴于任何電機(jī)參數(shù)和運(yùn)行環(huán)境，因此可以工作在極低速甚至零

40、速運(yùn)行狀態(tài)，而且系統(tǒng)的計(jì)算量不大，是目前無(wú)速度傳感器控制中較理想的方法。在最初提出的旋轉(zhuǎn)高頻電壓矢量注入的基礎(chǔ)上，近幾年信號(hào)注入法又有了新的研究進(jìn)展。脈動(dòng)高頻信號(hào)注入法僅在d-q軸系中的d軸上注入脈動(dòng)高頻信號(hào)，觀測(cè)轉(zhuǎn)子位置角的估計(jì)誤差。它比旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法基于開(kāi)環(huán)觀測(cè)的方法精度高，且適用于凸極小的電機(jī)。高頻信號(hào)注入時(shí)還需考慮交叉飽和項(xiàng)的影響。高頻響應(yīng)的電流由與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)的正序分量和與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的負(fù)序分量組成，由于交叉飽和項(xiàng)的影響，負(fù)序相位中參雜了誤差項(xiàng)。故需在負(fù)序電流解調(diào)估測(cè)的位置基礎(chǔ)上補(bǔ)償誤差項(xiàng)。與高頻信號(hào)注入類似，低頻信號(hào)注入法是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下注入諧波矢量。該方法不依賴轉(zhuǎn)子凸極，是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的過(guò)程，缺點(diǎn)是帶來(lái)了脈動(dòng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，影響了電機(jī)的性能，不適于低速場(chǎng)合 蔣棟,趙爭(zhēng)鳴. 交流電機(jī)無(wú)傳感器控制的新進(jìn)展J. 電氣傳動(dòng), 2008, (04)。直流側(cè)定子電壓電流波形重構(gòu)法是一種閉環(huán)控制，反饋信號(hào)包括轉(zhuǎn)速、磁鏈和轉(zhuǎn)矩。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受電壓頻率的限制，缺點(diǎn)是必須在直流側(cè)安裝一個(gè)傳感器，使