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1 引言 在高性能的異步電機矢量控制系統中，轉速的閉環(huán)控制環(huán)節一般是必不可少的。通常，采用光電碼盤(pán)等速度傳感器來(lái)進(jìn)行轉速檢測，并反饋轉速信號。但是，由于速度傳感器的安裝給系統帶來(lái)一些缺陷：系統的成本大大增加；精度越高的碼盤(pán)價(jià)格也越貴；碼盤(pán)在電機軸上的安裝存在同心度的問(wèn)題，安裝不當將影響測速的精度；電機軸上的體積增大，而且給電機的維護帶來(lái)一定困難，同時(shí)破壞了異步電機的簡(jiǎn)單堅固的特點(diǎn)；在惡劣的環(huán)境下，碼盤(pán)工作的精度易受環(huán)境的影響。因此，越來(lái)越多的學(xué)者將眼光投向無(wú)速度傳感器控制系統的研究。國外在20世紀70年代就開(kāi)始了這方面的研究，但首次將無(wú)速度傳感器應用于矢量控制是在1983年由R．Joetten完成，這使得交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展又上了一個(gè)新臺階，但對無(wú)速度傳感器矢量控制系統的研究仍在繼續。 2 無(wú)速度傳感器的控制方法 在近20年來(lái)，各國學(xué)者致力于無(wú)速度傳感器控制系統的研究，無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的發(fā)展始于常規帶速度傳感器的傳動(dòng)控制系統，解決問(wèn)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)行速度估計以取代速度傳感器。重要的方面是如何準確地獲取轉速的信息，且保持較高的控制精度，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求。無(wú)速度傳感器的控制系統無(wú)需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩，提高了系統的可靠性，降低了系統的成本；另一方面，使得系統的體積小、重量輕，而且減少了電機與控制器的連線(xiàn)，使得采用無(wú)速度傳感器的異步電機的調速系統在工程中的應用更加廣泛。國內外學(xué)者提出了許多方法。 （1）動(dòng)態(tài)速度估計法主要包括轉子磁通估計和轉子反電勢估計。都是以電機模型為基礎，這種方法算法簡(jiǎn)單、直觀(guān)性強。由于缺少無(wú)誤差校正環(huán)節，抗干擾的能力差，對電機的參數變化敏感，在實(shí)際實(shí)現時(shí)，加上參數辨識和誤差校正環(huán)節來(lái)提高系統抗參數變化和抗干擾的魯棒性，才能使系統獲得良好的控制效果。 （2）PI自適應控制器法其基本思想是利用某些量的誤差項，通過(guò)PI自適應控制器獲得轉速的信息，一種采用的是轉矩電流的誤差項；另一種采用了轉子q軸磁通的誤差項。此方法利用了自適應思想，是一種算法結構簡(jiǎn)單、效果良好的速度估計方法。 （3）模型參考自適應法（MRAS）將不含轉速的方程作為參考模型，將含有轉速的模型作為可調模型，2個(gè)模型具有相同物理意義的輸出量，利用2個(gè)模型輸出量的誤差構成合適的自適應律實(shí)時(shí)調節可調模型的參數（轉速），以達到控制對象的輸出跟蹤參考模型的目的。根據模型的輸出量的不同，可分為轉子磁通估計法、反電勢估計法和無(wú)功功率法。轉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(shí)轉子磁通估計法的改進(jìn)，前者去掉了純積分環(huán)節，改善了估計性能，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的魯棒性�？偟恼f(shuō)來(lái)，MRAS是基于穩定性設計的參數辨識方法，保證了參數估計的漸進(jìn)收斂性。但是由于MRAS的速度觀(guān)測是以參考模型準確為基礎的，參考模型本身的參數準確程度就直接影響到速度辨識和控制系統的成效。 （4）擴展卡爾曼濾波器法將電機的轉速看作一個(gè)狀態(tài)變量，考慮電機的五階非線(xiàn)性模型，采用擴展卡爾曼濾波器法在每一估計點(diǎn)將模型線(xiàn)性化來(lái)估計轉速，這種方法可有效地抑制噪聲，提高轉速估計的精確度。但是估計精度受到電機參數變化的影響，而且卡爾曼濾波器法的計算量太大。 （5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )替代電流模型轉子磁鏈觀(guān)測器，用誤差反向傳播算法的自適應律進(jìn)行轉速估計，網(wǎng)絡(luò )的權值為電機的參數。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法在理論研究還不成熟，其硬件的實(shí)現有一定的難度，使得這一方法的應用還處于起步階段。 3 結論 異步電機無(wú)速度傳感器矢量控制除以上所提及的方法外，還有轉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(wèn)題有待解決，如系統的精度、復雜性和系統的可靠性間的矛盾、低速性能的提高等。今后無(wú)速度傳感器控制的研究發(fā)展的方向應為：提高轉速估計精度的同時(shí)改進(jìn)系統的控制性能，增強系統的抗干擾，抗參數變化能力的魯棒性，降低系統的復雜性，使得系統結構簡(jiǎn)單可靠。隨著(zhù)現代控制理論、微處理器、DSP器件以及電力電子開(kāi)關(guān)器件的迅速發(fā)展，實(shí)現高性能的無(wú)速度傳感器異步電機的調速系統的前景相當樂(lè )觀(guān)。 |
