[發明專利]一種基于變參數MRAS法的異步電機矢量控制方法

在審

• 申請號: 201610579793.6
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN107645258A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 申茂軍
• 申請（專利權）人: 申茂軍
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/00;H02P21/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種異步電機控制方法，尤其涉及一種基于變參數MRAS法的異步電機矢量控制方法。

背景技術

在異步電機高性能的矢量控制與直接轉矩控制算法中，速度傳感器幾乎是不可少的檢測設備。它的使用增加系統成本，降低了可靠性，還限制了在惡劣環境下的運用，因此，無速度傳感器技術成為當前研究電機控制的熱點。

無速度傳感器技術的關鍵性問題是磁鏈與轉速的辨識，磁鏈與轉速的辨識誤差直接影響電機的性能。目前，轉子磁鏈觀測廣泛采用的方法有電壓模型法、電流模型法及基于兩者的混合模型法。轉速辨識方法主要有直接計算法、模型參考自適應法、狀態觀測法、轉子齒諧波法、高頻注入法及神經元網絡法等，其中MRAS轉速辨識法不僅具有結構簡單，且具有轉速漸進收斂性。MRAS法速度辨識準確性依賴于參考模型的準確性，因此影響參考模型的參數同樣影響轉速辨識的精度。在常規的MRAS法中，電壓模型法中純積分器存在直流漂移與積分初始值問題，采用低通濾波器代替純積分器，由此引起的觀測磁鏈相位延遲與幅值誤差，采用參考磁鏈值或參考勵磁電流進行補償。這種方法雖可解決積分漂移問題，但動態性能較差。常規MRAS法辨識系統存在收斂速度慢、低速時轉速辨識誤差大。

發明內容

為了克服常規MRAS法收斂速度慢、低速時轉速辨識誤差大的難題，本發明提出一種基于變參數MRAS法的異步電機矢量控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

采用改進電壓模型法作為參考模型，采用變參數PI調節器代替傳統的PI調節器，即在電機控制低速段與高速段分別取不同的PI參數。

基于變參數MRAS法的異步電機矢量控制方法，包括轉子磁鏈觀測、變參數PI調節、異步電機矢量控制三個部分。

所述轉子磁鏈觀測，采用參考磁鏈值或參考勵磁電流進行補償，解決了積分漂移問題；

所述變參數PI調節分別在低轉速和高轉速情況下宣策不同的PI參數；

所述異步電機矢量控制把dq坐標系放到同步旋轉磁場上，并使d軸與轉子磁場方向重合，即基于轉子磁場定向，此時轉子磁場q軸分量為零。

本發明的有益效果是：本發明在常規MRAS法的基礎上，采用改進電壓模型法磁鏈觀測器作為參考模型，且為了解決系統的響應速度及低速時轉速辨識誤差較大的缺點，采用分段變參數PI調節器來代替傳統PI調節器，仿真與實驗表明，改進電壓模型法磁鏈觀測克服了積分漂移及低速檢測波動大的問題，變參數MRAS法轉速辨識比常規MRAS法減小了超調量、加快了收斂速度、減小了辨識誤差及低速時轉速辨識準確等優點。

附圖說明

圖1轉子磁鏈觀測。

圖2改進電壓模型法的空間矢量圖。

圖3基于變參數RMAS法轉速控制。

圖4控制整體結構。

具體實施方案

圖1中，采用一階慣性濾波環節來代替純積分環節，一階慣性濾波環節是由純積分器與一階高通濾波器的有效組合。由此引起的轉子觀測磁鏈的幅值與相位誤差由實際的勵磁電流或者實際的轉子磁鏈進行補償，可提高系統的動態性能。該模型在補償量生成的通道前端加入基于轉子磁鏈定向坐標系中的轉子磁鏈電流模型，即勵磁電流i_sd，用以適應動態時勵磁變化的場合。改進的電壓模型法可以磁鏈無幅值與相位誤差。

本發明采用實際勵磁電流i_sd而不用勵磁電流的參考值對磁鏈幅值與相位誤差進行補償。其主要原因是當磁場電流發生變化時，由于采用定子電流解耦控制存在偏差，而i_sd分量電流更能反映實際系統運行時的勵磁電流值。

本文可采用變參數PI調節器來解決，可以在低速時適當選擇較大的k_p，k_i值，以加速低速時的系統響應速度，減少收斂時間；當轉速升高時，可適當選擇較小的k_p，k_i值，削弱靜差，減小超調，減小穩定時間。因此，在常規MRAS法的基礎上，采用變參數模型參考自適應法，k_p，k_i參數的值隨著辨識轉速值的大小而發生相應的變化。

圖3中，異步電機矢量控制把dq坐標系放到同步旋轉磁場上，并使d軸與轉子磁場方向重合，即基于轉子磁場定向，此時轉子磁場q軸分量為零。將異步電機模型基于轉子磁場后，只須控制定子電流的d軸分量(勵磁分量)就可控制轉子磁鏈幅值，當控制轉子磁鏈幅值恒定時，可直接通過控制定子電流的q軸分量(轉矩分量)來控制電磁轉矩，這樣磁鏈與轉矩達到完全解耦的控制，因此，其控制性能幾乎可與直流電機相媲美。