[发明专利]一种基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法

说明书

本发明公开的一种基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法，以模型参考自适应原理为基础，采用电流模型作为龙贝格观测器的参考模型，采用电机模型作为龙贝格观测器的可调模型；根据传统龙贝格观测器，设计了新型增益矩阵模块，改进了转速估算模块，从而实现了高性能的转速估算。此种转速估算方法抗负载干扰能力强、对参数变化的鲁棒性好，在感应电机低速运行时也能准确估计转速，估计转速的精确度更高，更稳定，波形更平滑。

技术领域

本发明涉及电机控制技术，具体是一种基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法。

背景技术

目前在电机的运用中，交流电机占90％左右，其中应用最多的是感应电机。与相同功率的直流电机比起来，感应电机具有制造方便、价格低廉、结构简单、运行可靠、转动惯量小、维护简单、坚固耐用、寿命长、可用于恶劣场合等优点。由于感应电机的转子与定子绕组之间没有任何接触，所以它不受直流电机中的一些固有因素的限制，能够广泛的运用于各种场合中，从一般工业技术到航天、航空军事工业，到家庭电器、智能机器人控制等。

为了提高感应电机控制系统的性能，电机转速控制的优化是最为核心的一个部分。通常的转速检测是通过光电码盘等速度传感器来进行的，但是速度传感器会使系统的成本增加，存在安装的问题，维护难度增加，受环境因素影响。因此为了解决转速检测的问题，无速度传感器控制技术的研究越来越受欢迎。目前，虽然模型参考自适应法被广泛用来实现感应电机无速度传感器的转速估计，但还是这种方法存在着一些不可避免的缺陷。模型参考自适应法中，电压参考模型有两个缺点：其一是电压模型的参数矩阵中含有定子电阻等参数，在实际情况中，电机的某些参数会因为温度等环境因素的变化而发生改变，导致磁链计算有误差；其二是电压模型中含有纯积分环节，当电机运行在低速状态时，积分运算产生较大的误差，影响电机控制的精度，偏离实际情况，收敛性比较差。采用龙贝格观测器估计转速可以改善模型参考自适应法中电压参考模型的不足之处。龙贝格观测器的优点是估计误差非常小，能对转速进行精确估算，具有良好的稳定性，收敛速度快，并且在低速范围能稳定运行，扩大了调速范围。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法，此种转速估算方法抗负载干扰能力强、对参数变化的鲁棒性好，在感应电机低速运行时也能准确估计转速。与传统的龙贝格观测器相比，龙贝格观测器估计的转速具有精确度更高，更稳定，波形更平滑的优点。

本发明所设计的基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1建立龙贝格观测器：以模型参考自适应原理为基础，采用电流模型作为龙贝格观测器的参考模型，采用电机模型作为龙贝格观测器的可调模型，以定子电流和定子磁链为的龙贝格观测器的状态变量；

S2建立增益矩阵：将观测器的极点相对于电机极点向左平移一个常数距离，不改变极点的虚部，得到的增益矩阵中含有转速估计值。然后进一步简化新型增益矩阵使其中不含转速估计值，降低转速估计误差对龙贝格观测器的影响；

S3改进转速估计：在龙贝格观测器中转速模块中引入转矩观测，进一步提高估计转速的精确性和估计转速波形的平滑性。

进一步地，所述步骤s1的具体过程如下：

在α-β坐标系下以定子电流和定子磁链为状态变量的电机状态方程的分量形式如下：

式中：

根据式(1)构造出龙贝格观测器，如下：

式中：