[发明专利]一种基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种异步电机控制方法，尤其涉及一种基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制方法。

背景技术

在异步电机高性能的矢量控制与直接转矩控制算法中，速度传感器几乎是不可少的检测设备。它的使用增加系统成本，降低了可靠性，还限制了在恶劣环境下的运用，因此，无速度传感器技术成为当前研究电机控制的热点。

无速度传感器技术的关键性问题是磁链与转速的辨识，磁链与转速的辨识误差直接影响电机的性能。目前，转子磁链观测广泛采用的方法有电压模型法、电流模型法及基于两者的混合模型法。转速辨识方法主要有直接计算法、模型参考自适应法、状态观测法、转子齿谐波法、高频注入法及神经元网络法等，其中MRAS转速辨识法不仅具有结构简单，且具有转速渐进收敛性。MRAS法速度辨识准确性依赖于参考模型的准确性，因此影响参考模型的参数同样影响转速辨识的精度。在常规的MRAS法中，电压模型法中纯积分器存在直流漂移与积分初始值问题，采用低通滤波器代替纯积分器，由此引起的观测磁链相位延迟与幅值误差，采用参考磁链值或参考励磁电流进行补偿。这种方法虽可解决积分漂移问题，但动态性能较差。常规MRAS法辨识系统存在收敛速度慢、低速时转速辨识误差大。

发明内容

为了克服常规MRAS法收敛速度慢、低速时转速辨识误差大的难题，本发明提出一种基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用改进电压模型法作为参考模型，采用变参数PI调节器代替传统的PI调节器，即在电机控制低速段与高速段分别取不同的PI参数。

基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制方法，包括转子磁链观测、变参数PI调节、异步电机矢量控制三个部分。

所述转子磁链观测，采用参考磁链值或参考励磁电流进行补偿，解决了积分漂移问题；

所述变参数PI调节分别在低转速和高转速情况下宣策不同的PI参数；

所述异步电机矢量控制把dq坐标系放到同步旋转磁场上，并使d轴与转子磁场方向重合，即基于转子磁场定向，此时转子磁场q轴分量为零。

本发明的有益效果是：本发明在常规MRAS法的基础上，采用改进电压模型法磁链观测器作为参考模型，且为了解决系统的响应速度及低速时转速辨识误差较大的缺点，采用分段变参数PI调节器来代替传统PI调节器，仿真与实验表明，改进电压模型法磁链观测克服了积分漂移及低速检测波动大的问题，变参数MRAS法转速辨识比常规MRAS法减小了超调量、加快了收敛速度、减小了辨识误差及低速时转速辨识准确等优点。

附图说明

图1转子磁链观测。

图2改进电压模型法的空间矢量图。

图3基于变参数RMAS法转速控制。

图4控制整体结构。

具体实施方案

图1中，采用一阶惯性滤波环节来代替纯积分环节，一阶惯性滤波环节是由纯积分器与一阶高通滤波器的有效组合。由此引起的转子观测磁链的幅值与相位误差由实际的励磁电流或者实际的转子磁链进行补偿，可提高系统的动态性能。该模型在补偿量生成的通道前端加入基于转子磁链定向坐标系中的转子磁链电流模型，即励磁电流i_sd，用以适应动态时励磁变化的场合。改进的电压模型法可以磁链无幅值与相位误差。

本发明采用实际励磁电流i_sd而不用励磁电流的参考值对磁链幅值与相位误差进行补偿。其主要原因是当磁场电流发生变化时，由于采用定子电流解耦控制存在偏差，而i_sd分量电流更能反映实际系统运行时的励磁电流值。

本文可采用变参数PI调节器来解决，可以在低速时适当选择较大的k_p，k_i值，以加速低速时的系统响应速度，减少收敛时间；当转速升高时，可适当选择较小的k_p，k_i值，削弱静差，减小超调，减小稳定时间。因此，在常规MRAS法的基础上，采用变参数模型参考自适应法，k_p，k_i参数的值随着辨识转速值的大小而发生相应的变化。

图3中，异步电机矢量控制把dq坐标系放到同步旋转磁场上，并使d轴与转子磁场方向重合，即基于转子磁场定向，此时转子磁场q轴分量为零。将异步电机模型基于转子磁场后，只须控制定子电流的d轴分量(励磁分量)就可控制转子磁链幅值，当控制转子磁链幅值恒定时，可直接通过控制定子电流的q轴分量(转矩分量)来控制电磁转矩，这样磁链与转矩达到完全解耦的控制，因此，其控制性能几乎可与直流电机相媲美。