[发明专利]一种基于转矩观测的异步电机矢量控制磁场定向矫正方法

说明书

技术领域

本发明的基于转矩观测的异步电机矢量控制磁场定向矫正方法，属于交流电机类的异步电机调速方法。

背景技术

目前异步电机矢量控制以其良好的控制性能及动态响应，广泛地应用于电动汽车驱动系统、及交流传动领域当中。20世纪70年代，德国西门子公司F.Blaschke等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”和美国P.C.Custman与A.A.Clark申请的专利“感应电机定子电压的变换控制”，奠定了矢量控制的基础。其基本出发点是，以旋转的空间转子磁通矢量为参考方向，利用静止坐标到旋转坐标之间的变换，将旋转的定子电流矢量分解成励磁直流分量和转矩直流分量，分别进行磁场和转矩控制，从而将异步电机多变量、强耦合、非线性的时变参数系统等效成直流电机那样调速。然而观测转子磁链需要知道转子电感和转子电阻，参数的时变对矢量控制的性能影响较大。

针对如何降低矢量控制对参数的敏感性，目前的主要方法主要分为两类：一类是直接辨识电机参数，包括离线测量技术、状态观测器、模型参考自适应、滑模观测器等，但是这类方法不仅计算量较为复杂而且辨识精度低，辨识参数的精度易受其他未辨识的参数误差影响。另一类方法是略过参数辨识环节而直接保证磁场定向的准确，建立磁场定向矫正系统。利用模型参考自适应的原理，通过两个模型对同一个量的输出偏差对参考系统进行调节，其具有简单原理，计算量较少，辨识精度较高等特点，较多的被用于控制系统中。主要方法有：通过电压模型观测转子磁链，进而利用转子磁链q轴分量为零对转差频率进行校正确保磁场定向准确；或者是通过构造基于无功功率的转子磁场定向矫正系统，通过保证无功功率与给定值相等进而保证转子的励磁水平恒定确保磁场定准确。显然以上两种方法直接观测转子磁链，观测的精度易受转子侧参数的影响。定向的精度不仅受到互感的影响，而且引入了漏感系数，电机漏感的测定通常较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对电机本身参数依赖性小，控制简单易实现、辨识精度高的异步电机矢量控制磁场定向矫正方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于转矩观测的异步电机矢量控制磁场定向矫正方法，其特征在于，包括励磁电流环、转矩电流环、转子磁场定向环节、定子磁链辨识环节、转矩观测环节、空间矢量调制环节、三相全桥逆变器、异步电机。励磁电流环将给定励磁电流i_sd^*与实际励磁电流                                                的差值进行比例和积分环节，调节出励磁电压u_sd^*，进而维持异步电机的转子磁链恒定。转矩环将异步电机的给定转速角频率ω_r^*，与异步电机实际转速角频率ω_r的差值经过PI调节出给定转矩电流i_sq^*，再与实际转矩电流的差值经过PI调节得到转矩电压u_sq^*，进而实现电机的转矩控制。通过电机的转矩电流i_sq^*、励磁电流i_sd^*，得到给定转差角频率ω_sl^*，其中异步电机给定转差角频率ω_sl^*= i_sq^*/τ_ri_sd^*，τ_r=L_r/R_r为转子时间常数、L_r为转子电感，R_r转子电阻；给定转差角频率ω_sl^*与补偿转差角频率Δω_sl^*之和ω_s^*加转子电角频率p_nω_r再经过积分即可得到观测转子磁场定向角。转矩观测环节分别在dq坐标系和αβ坐标系下观测出转矩估值和，测转矩与观测转子磁场定向角有关，而与观测转子磁场定向角无关。如果当前观测的磁场定向角度存在偏差，则在两个坐标系下观测的转矩值和必然存在偏差。其中补偿转差角频率由坐标系估测转矩和dq坐标系估测转矩的差值经过PI调节器得到。和的具体求解过程如下：