[发明专利]无传感器感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法

说明书

无传感器感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法，本发明涉及感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法。本发明的目的是为了解决现有的全阶观测器设计方法无法兼顾稳定性与动态性的问题。过程为：一：基于感应电机的数学模型，推导出感应电机全阶观测器数学模型；二：得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；三：基于q轴定子电流误差与转速观测误差间的关系和基于稳定性设计的一种反馈矩阵；四：根据三所得q轴定子电流误差与转速观测误差间的关系和基于稳定性设计的一种反馈矩阵画出观测器的零点分布图与伯德图，得到反馈矩阵中系数k值的最佳取值范围。本发明用于电机控制技术领域。

技术领域

本发明涉及感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

无速度传感器感应电机矢量控制技术具有成本低廉、易于安装、可靠性高、适用于复杂工况等优点，被广泛应用于起重机、石油钻井机、矿车、切割机等各种工业场合。但是，无传感器控制技术仍存在亟待解决的技术难点，尤其是在低速与高速应用场合。

无速度传感器感应电机的转速观测方法主要可分为两大类：一种是信号注入法。这种方法不依赖于电机参数，鲁棒性高，但是需要特殊设计的电机，并且存在转矩波动的问题；另一种方法是模型法。模型法又可分为模型参考自适应法、全阶和降阶观测器、卡尔曼滤波器以及滑膜观测器。全阶观测器应用广泛，但是其在低速运行时存在一个不稳定区域。

目前，全阶观测器极低速稳定运行的难点主要集中在发电区、零频以及参数鲁棒性三个方面。针对这些问题，有学者提出虚拟信号注入、修正转速自适应律以及设计反馈矩阵等方法，但是这些方法只考虑了全阶观测器的稳定性，而忽略了观测器的动态性能提升。动态性能作为全阶观测器的一项重要指标，影响着电机在突变负载、突变转速时的转速波动和稳定时间。而针对系统的动态性能问题，诸多方法仅通过设计转速自适应律的比例积分系数来改善系统动态性能，并未从全阶观测器自身的设计角度考虑。所以，研究能同时提升全阶观测器稳定性与动态性的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的全阶观测器设计方法无法兼顾稳定性与动态性的问题，而提出无传感器感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法。

无传感器感应电机极低速稳定性与动态性同步优化方法具体过程为：

所述极低是指电机的运行频率小于5hz(即10％的额定转速)；

步骤一：选取定子电流与转子磁链为状态量，感应电机的数学模型为：

其中：p为求导运算符，是定子电流，是转子磁链，是电机输入电压，A₁₁，A₁₂，A₂₁，A₂₂均为状态矩阵系数；b₁为电压项系数矩阵系数；

基于感应电机的数学模型，推导出感应电机全阶观测器数学模型；

步骤二：根据感应电机的数学模型与观测器数学模型，得出无速度传感器感应电机系统的状态误差方程；

步骤三：基于步骤二得到q轴定子电流误差与转速观测误差间的关系，并且基于稳定性设计得到一种反馈矩阵；

步骤四：根据步骤三所得q轴定子电流误差与转速观测误差间的关系和基于稳定性设计的一种反馈矩阵画出观测器的零点分布图与伯德图，得到反馈矩阵中系数k值的最佳取值范围。

本发明的有益效果为：