[发明专利]一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法。

背景技术

异步电机的矢量控制需要电机的转速信息，传统的交流异步电机控制系统，多采用磁场定位控制和直接转矩控制技术，需要设置速度传感器，耗费成本，且通过编码器获取的信号来测量转速会产生由安装、测量和传输干扰导致的误差等问题。而尚未被普遍应用的预测转矩控制技术具有算法直观且便于理解，具有可处理复杂控制任务和多变量多约束控制问题等优势，它可以通过对一些电机参数进行辨识和预测实现电机的准确高效地控制。

无传感器控制方法通过建立速度观测器来获得电机的转速。速度观测器可以分为开环观测器和闭环观测器。开环的速度观测器顾名思义是没有反馈环节的，他们通常是使用了异步电机的不同形式的系统方程。开环速度观测器是通过定子和转子在定子坐标系下的电机方程来建立的，典型的开环观测器有异步电机电压模型、电流模型。尽管许多模型使用了各种方法来减轻直流漂移的问题，但是开环观测器的一些缺点却不能被忽视，即开环观测器需要一个纯积分环节来保证速度观测的准确性，但是同样的它也不可避免的有偏移和初始条件限制等问题。在观测器里添加反馈环节能有效地减少上述问题，以保证系统的稳定性。闭环速度观测器也因此被广泛应用。龙贝格观测器和扩展型卡尔曼滤波器是磁场定位控制和直接转矩控制中的两种常见的速度观测器。他们都能够准确地进行速度观测，并且有很好的鲁棒性。模型参考自适应系统的观测器(Model Reference Adaptive Observer)与上述其他观测器相比有着更直观的结构，实现起来也更加方便简单。模型参考自适应观测器的应用在文献(M.Dybkowski and T.Orlowska-Kowalska.Performance of the speed sensorless induction motor drive for traction application with mras type speedand flux estimator.In Optimization of Electrical and Electronic Equipment(OPTIM),2012 13th International Conference on,pages 477–481,May 2012.)中有所介绍。但模型参考自适应观测器存在着控制不精准的问题。

因此提供一种能够进行高精准控制的异步电机无传感器预测转矩控制系统己成为当务之亟。

发明内容

本发明提供一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法，其克服了现有异步电机无传感器控制中存在的控制精准度不够的缺点，通过获得观测速度并计算出评价函数的成本值g_j，获得g_j最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量S_a,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机，实现对异步电机的高精准控制。

本发明的技术方案如下：

方案一

包括第一PI控制器、模型参考自适应观测器、优化模块；第一PI控制器、优化模块和模型参考自适应观测器两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器，逆变器连接异步电机；

所述模型参考自适应观测器，用于将由逆变器输出端获得的定子电压v_s和定子电流i_s通过公式1-4计算出观测速度该模型参考自适应观测器包括参考模块、可调模块、转子磁链偏差计算模块和第二PI控制器，参考模块、可调模块分别连接到转子磁链偏差计算模块，转子磁链偏差计算模块通过第二PI控制器连接到可调模块；所述参考模块包括基础参考模块，基础参考模块从逆变器输出端获得的定子电压v_s和定子电流i_s通过公式1计算出定子观测磁链和转子观测磁链并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块，将定子观测磁链和转子观测磁链输送给优化模块；所述可调模块，用于将分别由逆变器输出端、第二PI控制器获得的定子电流和观测速度通过公式2计算出转子观测磁链并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块；所述转子磁链偏差计算模块，用于将分别由参考模块、可调模块获得的转子观测磁链转子观测磁链通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器；所述第二PI控制器与第一PI控制器连接，用于将由转子磁链偏差计算模块获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度并将观测速度分别输送给可调模块和第一PI控制器；