1 引言
在高性能的異步電機矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速信息的獲取必不可少。電機速度信息的辨識方法分為直接法和間接法。前者通過電子式或機電式速度傳感器來獲取電機速度信息，通常分為M法和T法來進行測速;后者通過測量電機的定子電流、定子電壓等信號，根據(jù)電機的模型間接估計辨識電機的轉(zhuǎn)速信息。然而由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來了如成本增加，易受干擾，適應(yīng)性差，加大電機體積和軸向尺寸等問題，因此對無速度傳感器轉(zhuǎn)速估算方法的研究成為高性能交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。使用無速度傳感器控制方案，無需速度檢測硬件，避免了速度傳感器帶來的諸多問題，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了系統(tǒng)成本，同時，減小了系統(tǒng)體積和重量，減少了電機與控制器的連線，使采用無速度傳感器的交流電機調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用更廣泛。
2 控制原理
異步電機是一種多輸入、多輸出、非線性、強耦合系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩表達式為：
Te=KITφmI2cosφ2 (1)
式中：KIT為與電機參數(shù)有關(guān)的常數(shù);φm為電機氣隙磁通有效值;I2cosφ2為電機轉(zhuǎn)子電流有功分量。
由式(1)可見，感應(yīng)電機的Te與定子電流無直接關(guān)系，并且電機的三相定子電流既要產(chǎn)生電機中的旋轉(zhuǎn)磁場，又要產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，定子電流的激磁分量和轉(zhuǎn)矩分量又與電機的設(shè)計情況和負載有關(guān)，很難將兩者區(qū)分開。考慮到電機的動態(tài)過程，情況將更加復(fù)雜，因此異步電機要想將勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分開比較困難，而矢量控制則解決了此問題。
由異步電機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)系中的異步電機模型。
定、轉(zhuǎn)子電壓、電流方程(標(biāo)量形式)為：
整理轉(zhuǎn)子d軸電壓方程得到轉(zhuǎn)子磁場定向下的磁鏈模型為：
由轉(zhuǎn)子磁場定向磁鏈模型可見：ψr和定子電流d軸分量isd之間為一階環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)。在穩(wěn)態(tài)時，ψr的大小完全取決于isd的大小，控制isd即可獲得所需的ψr。由式(3)可見，當(dāng)ψr恒定時，Tem由定子電流q軸分量isq決定?？刂苅sd，isq就可以獨立地控制ψr和Tem從而實現(xiàn)二者解耦控制，使控制系統(tǒng)簡化。
基于上述交流異步電機的無速度傳感器矢量控制框圖如圖1所示。
圖中檢測的電機電流經(jīng)過3/2變換，變換后isα，isβ為α，β坐標(biāo)系下的電機定子電流。同時逆變器發(fā)出的電壓usα，usβ進入磁鏈觀測模塊，isα，isβ同時進入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊得到同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下的電機定子電流isd，isq。isd進入磁鏈觀測模塊，通過磁鏈觀測模塊的計算得到估計的電機同步轉(zhuǎn)速
。給定磁鏈ψr*和給定的電機力矩電流isq*進入滑差計算模塊得到滑差轉(zhuǎn)速
經(jīng)減法器計算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速再經(jīng)過低通濾波器(LPF)濾波得到估計的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
與給定轉(zhuǎn)速ωr*經(jīng)過減法器，再經(jīng)過速度控制器輸出指令電機轉(zhuǎn)矩
經(jīng)過轉(zhuǎn)矩電流計算模塊，計算出isq*。ψr*經(jīng)過磁場計算模塊計算出給定的電機磁場電流isd*。isq*與檢測的電機力矩電流isq進入減法器，再經(jīng)電流控制器產(chǎn)生給定的電機力矩電壓。isd*與檢測的電機磁場電流isd進入減法器，再經(jīng)電流控制器產(chǎn)生給定的電機磁場電壓。給定的電機力矩電壓和給定的電機磁場電壓分別加上補償電壓，進入旋轉(zhuǎn)變換模塊，通過電壓變換模塊，施加到三相感應(yīng)電機上。
