[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

摘要

本发明公布了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，属于异步电机调速领域。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。利用dq和αβ坐标系下的转矩观测差值实现磁场定向矫正。本发明直接观测定子磁链，而无需观测转子磁链；因此转子侧的参数变化对磁场定向矫正系统无影响，参数鲁棒性好。定向矫正模型原理明确，结构简单。本发明在异步电机矢量控制调速场合将有广泛的应用前景。

主权项

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i_sd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i_sq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：（1）利用电流传感器检测得到异步电机定子三相相电流i_sa、i_sb、i_sc，经过磁势不变的3/2变换，得到在静止αβ坐标系中的定子电流i_sα、i_sβ；(1)再将(1)式经过变换得到dq旋转坐标系下异步电机当前的励磁分量i_sd和转矩分量i_sq：(2)其中角即为当前观测的转子磁场定位角；再由励磁电流i_sd和转矩电流i_sq进一步求得异步电机在当前观测旋转坐标系下的转矩：(3)（2）利用电压传感器获得三相全桥逆变器的直流母线电压u_dc，u_dc与三相全桥逆变器的占空比（D_A、D_B、D_C）组合计算得出异步电机在静止abc坐标系下的三相相电压u_sa、u_sb、u_sc；(4)将异步电机在静止abc坐标系下的三相相电压u_sa、u_sb、u_sc进行磁势不变的3/2变换，得到异步电机在静止αβ坐标系下的定子电压u_sα、u_sβ；(5)利用式（5）、式（1）计算得出的异步电机在静止αβ坐标系下的定子电压u_sα、u_sβ和定子电流i_sα、i_sβ，求得在静止αβ坐标系下的定子磁链：(6)结合式(1)式(6)可进一步求得异步电机在dq旋转坐标系下的转矩：(7)可以看出由式(7)估测的转矩与定向角度无关，而式(3)得到的转矩与定向角度有关；这样根据定向准确时，两个坐标系下观测的转矩相等，即可利用PI调节器调节出补偿转差频率。