异步电机转子电角速度观测方法

摘要

本发明公开了一种异步电机转子电角速度观测方法。通过定义中间电流向量i_m对异步电机Γ型等效电路进行简化，建立该中间电流向量i_m的状态方程；再构建关于该中间电流向量i_m的滑模观测器,观测得到等效滑模控制量U_eq并作为参考模型，建立等效滑模控制量U_eq的状态方程，并以此为可调模型，通过模型参考自适应方法获得转子电角速度观测值同时，将等效滑模控制量U_eq获取的转子电角速度前馈值融合到转子电角速度观测值中得到转子电角速度最终观测值既提升了模型参考自适应方法的收敛速度和动态性能，又克服了直接计算方法参数鲁棒性的不足。研究表明，本发明所提出的异步电机转子电角速度观测方法具有较好的稳态、动态性能和较强的参数鲁棒性。

主权项

一种异步电机转子电角速度观测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集异步电机在静止αβ坐标系中的定子电压向量v_s在α轴的分量v_sα，定子电压向量v_s在β轴的分量v_sβ，定子电流向量i_s在α轴的分量i_sα，定子电流向量i_s在β轴的分量i_sβ；步骤2，根据Γ型等效电路获得中间电流向量i_m在静止αβ坐标系的表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{m\alpha }=\int \frac{v_{s\alpha }-R_s{i}_{s\alpha }}{L_s}dt-{\mathrm{\sigma i}}_{s\alpha }\\ i_{m\beta }=\int \frac{v_{s\beta }-R_s{i}_{s\beta }}{L_s}dt-{\mathrm{\sigma i}}_{s\beta }\end{array}\right.---\left(1\right)$在公式(1)中，i_mα为中间电流向量i_m在α轴的分量，i_mβ为中间电流向量i_m在β轴的分量，R_s为定子电阻，L_s为定子电感，σ为定子漏磁系数，L_m为励磁电感，L_r为转子电感；步骤3，根据异步电机的电压和磁链方程，建立中间电流向量i_m在静止αβ坐标系的状态方程，其表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{i}}_{m\alpha }=-{\omega }_r{i}_{m\beta }-\frac{1}{{\tau }_r}{i}_{m\alpha }-\frac{1}{{\tau }_r}(\sigma -1)i_{s\alpha }\\ {\stackrel{·}{i}}_{m\beta }={\omega }_r{i}_{m\alpha }-\frac{1}{{\tau }_r}{i}_{m\beta }-\frac{1}{{\tau }_r}(\sigma -1)i_{m\beta }\end{array}\right.---\left(2\right)$在公式(2)中，ω_r为转子电角速度，为i_mα的微分，为i_mβ的微分，τ_r为转子时间常数，其中R_r为转子电阻；步骤4，根据公式(2)构建滑模观测器，得中间电流向量观测值在静止αβ坐标系的状态方程，其表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\hat{i}}}_{m\alpha }=-\frac{1}{{\tau }_r}{\hat{i}}_{m\alpha }-\frac{1}{{\tau }_r}(\sigma -1)i_{s\alpha }+U_{\alpha }\\ {\stackrel{·}{\hat{i}}}_{m\beta }=-\frac{1}{{\tau }_r}{\hat{i}}_{m\beta }-\frac{1}{{\tau }_r}(\sigma -1)i_{s\beta }+U_{\beta }\end{array}\right.---\left(3\right)$在公式(3)中，为中间电流向量观测值在α轴的分量，为中间电流向量观测值在β轴的分量，为的微分，为的微分，U_α是滑模控制函数U在α轴的分量，U_β是滑模控制函数U在β轴的分量；步骤5，滑模运动发生后，将滑模控制函数U经过低通滤波得到等效滑模控制量U_eq，等效滑模控制量U_eq在静止αβ坐标系的表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{U}_{eq\alpha }=-{\omega }_r{i}_{m\beta }\\ U_{eq\beta }={\omega }_r{i}_{m\alpha }\end{array}\right.---\left(4\right)$在公式(4)中，U_eqα为等效滑模控制量U_eq在α轴的分量，U_eqβ为等效滑模控制量U_eq在β轴的分量；步骤6，根据公式(4)，等效滑模控制量U_eq中含有转子电角速度ω_r，令转子电角速度前馈值的表达式为：${\hat{\omega }}_{r0}=\sqrt{\frac{U_{eq\alpha }^2+U_{eq\beta }^2}{i_{m\alpha }^2+i_{m\beta }^2}}---\left(5\right)$步骤7，令转子电角速度的微分建立等效滑模控制量U_eq在静止αβ坐标系的状态方程，其表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{U}}_{eq\alpha }=-\frac{1}{{\tau }_r}{U}_{eq\alpha }-{\omega }_r{U}_{eq\beta }+{\omega }_r\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\beta }\\ {\stackrel{·}{U}}_{eq\beta }=-\frac{1}{{\tau }_r}{U}_{eq\beta }+{\omega }_r{U}_{eq\alpha }-{\omega }_r\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\alpha }\end{array}\right.---\left(6\right)$在公式(6)中，为U_eqα的微分，为U_eqβ的微分；步骤8，以公式(4)为参考模型，公式(6)为可调模型，建立模型参考自适应观测器，其表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\hat{U}}}_{eq\alpha }=-\frac{1}{{\tau }_r}{\hat{U}}_{eq\alpha }-{\hat{\omega }}_{r1}{\hat{U}}_{eq\beta }+{\hat{\omega }}_{r1}\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\beta }\\ {\stackrel{·}{\hat{U}}}_{eq\beta }=-\frac{1}{{\tau }_r}{\hat{U}}_{eq\beta }+{\hat{\omega }}_{r1}{\hat{U}}_{eq\alpha }-{\hat{\omega }}_{r1}\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\alpha }\end{array}\right.---\left(7\right)$在公式(7)中，为转子电角速度观测值，其表达式为：${\hat{\omega }}_{r1}=(K_p+\frac{K_i}{p})({\hat{U}}_{eq\alpha }{U}_{eq\beta }-U_{eq\alpha }{\hat{U}}_{eq\beta }-\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\alpha }{e}_{\beta }+\frac{\sigma -1}{{\tau }_r}{i}_{s\beta }{e}_{\alpha })---\left(8\right)$在公式(7)和(8)中，为等效滑模控制量观测值在α轴的分量，为等效滑模控制量观测值在β轴的分量，为的微分，为的微分,K_p为比例系数，且满足K_p＞0,K_i为积分系数，且满足K_i＞0,为积分运算符号，e_α为等效滑模控制量观测误差e在α轴的分量，e_β为等效滑模控制量观测误差e在β轴的分量，其中步骤9，将转子电角速度前馈值与转子电角速度观测值相加作为转子电角速度最终观测值公式如下。${\hat{\omega }}_r={\hat{\omega }}_{r1}+{\hat{\omega }}_{r0}---\left(9\right)$