直接转矩控制无速度传感器运行中的定子电阻辨识方法研究

2013-08-15李智强

科技视界 2013年24期

林琪李智强藏义

（河南工业大学电气工程学院，河南郑州 450001）

0 引言

在传统直接转矩控制无速度传感器运行中，定子电阻RS的变化对低速性能影响很大。RS的变化具有时变性、非线性、大惯性，强耦合等特性，且还受电机电流、运行时间、运行频率、和环境温度等多种因素影响。而且这些因素之间难以建立确定的精确数学模型[1]。因此，在无速度传感器运行中，必须对定子电阻进行处理，处理方法有两种：一是，在转速辨识模型中消除定子电阻变量；二是，在转速辨识的同时对定子电阻进行在线辨识，然后将辨识到的定子电阻应用到转速辨识中去。

1 定子电阻影响的分析[2]

1.1 定子电阻对磁链的影响

定子电阻的变化必引起定子电流的变化，从而引起定子磁链实际值与估计值产生偏差，严重影响了直接转矩系统在低速时的控制性能。

1.2 定子电阻对转矩的影响

定子电阻的变化引起定子磁链实际值与估计值存在偏差，并影响转矩的计算与观测，在低速下，定子电阻的压降和电阻增量的压降不能被忽略，定子磁链发生变化，根据转矩与磁链的关系，转矩也会受到影响。定子磁链的变化一方面将直接影响到电磁转矩的变化；另一方面，由于采用积分计算观测误差也将累积，影响磁链位置的确定，影响电压矢量的选择，使系统出现振荡。

1.3 仿真验证

为了验证定子电阻对直接转矩的影响，文献[2]在给定定子电阻变化的前提下，分别在高速和低速下进行仿真试验。

通过对比，在同样的定子电阻变化条件下，高速时，系统不受定子电阻的影响，转矩、转速稳定。而在低速时，随着定子电阻的增大到一定程度时，系统变得发散，到了9秒时定子电流，磁链都发生畸变，继而导致系统失控，不稳定。

2 将定子电阻从模型中消除

为了消除定子电阻的变化对转速辨识的影响，学者们想出了一些在转速辨识模型中消除定子电阻的方法或无需定子电阻参数辨识电机转速的方法。前者有基于无功功率的模型参考自适应法；后者如神经网络法、卡尔曼滤波法、高频信号注入法等。

3 定子电阻的在线辨识[3]

定子电阻在线辨识的具体方法很多，主要分为以下三类辨识方法：第一类包括利用测量值和一个合适的感应电动机稳定状态模型来直接计算定子电阻的方法。第二类包括通过自适应机构来在线辨识定子电阻的方法，主要有基于观测器和基于模型参考自适应两种方案。第三类包括在定子电阻辫识过程中使用人工智能技术。如人工神经网络，模糊逻辑控制以及神经模糊控制等方法。第一种方法要用到电动机的参数，并且计算十分复杂；第三种方法建模很复杂并对模型准确度要求很高；第二类方法是目前应用最为广泛的方法。

4 全阶自适应状态观测器的转速和定子电阻辨识

文献[4]提出了一种改进的全阶状态观测器对转速和定子电阻同时观测方案。采用小信号线性化方法来分析稳定条件，将两相静止坐标系中的观测器输出误差系统变换到转子磁场旋转坐标系中，通过推导出单输入、单输出误差系统来得到满足观测器稳定性的误差反馈矩阵条件。采用了一种改进的定子电阻自适应率以提高观测器的鲁棒性。

5 基于交互式模型参考自适应的DTC系统

文献[5,6,7]在建立异步电机直接转矩控制动态数学模型的基础上，提出了交互式模型参考自适应参数辨识方法，通过参考模型和可调模型互换，实现了带定子电阻参数辨识的转速观测。仿真和实验结果表明，该方案不仅实现了转速的高精度辨识，而且能较好的解决定子电阻变化对系统动态性能的影响，改善了异步电机无速度传感器直接转矩控制低速转矩脉动。

由于参考模型和可调模型在转速和定子电阻辨识时作用是相互切换的，因而称之为交互式MRAS定子电阻参数辨识。