【導(dǎo)讀】準(zhǔn)確辨識(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速是實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器矢量控制的關(guān)鍵。對(duì)基于該速度辨識(shí)模型的無(wú)速度傳感器異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)在不同的情況下進(jìn)。行了詳細(xì)的研究。該方法依賴于電機(jī)參數(shù)，而電機(jī)參數(shù)在電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變化很大，因。而給出了對(duì)電的一些定、轉(zhuǎn)子參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)方法，以保持系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的目的。突破性的進(jìn)展，電氣傳動(dòng)交流化的時(shí)代隨之到來(lái)。用，但其理論與應(yīng)用仍不完善。調(diào)速系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一般的動(dòng)態(tài)性能，其調(diào)速范圍不過(guò)l:10左右。富士、ABB等公司都推出了自己的產(chǎn)品;而國(guó)內(nèi)在產(chǎn)品化及產(chǎn)品性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，我國(guó)工業(yè)目前對(duì)通用型變頻器的年需求量相當(dāng)大，性能優(yōu)異的。無(wú)速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)更受青睞。而如今80%～90%的市場(chǎng)都被國(guó)外產(chǎn)品所占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)。因此，開(kāi)發(fā)高性能的無(wú)速度傳感器交流調(diào)速技術(shù)并盡快將之產(chǎn)品化，己。成為振興我國(guó)民族變頻器工業(yè)面臨的一個(gè)待解決的課題。流Ai、Bi、Ci通過(guò)坐標(biāo)變換變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸系下的兩相直流電流。

　　

【正文】 )1( ??? ?? KdTKnrrKKS i iLRnF ? (235) 式中 ,T 為采樣周期。 令常數(shù)rrr LTRK ? ,nrrt LRK ?? ，則上面兩式變?yōu)椋? )()1( dKMKrdKKd iiKii ???? (236) )1(1)1( ??? ?? KdTKtKKS i iKnF (237) 一旦通過(guò)上式計(jì)算出 )1( ?KSF ,就可以用下式計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈位置： TF KSnKK )1(1 ?? ?? ??? (238) 交流異步電動(dòng)機(jī)無(wú)速度傳感器轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 交流 異步電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜。但是，要實(shí)現(xiàn)高度精確的速度控制就必須使用高精度 、高分辨率的速度傳感器。通常這樣的傳感器 (例如增量式光電編碼器 )價(jià)格昂貴，甚至超過(guò)了電動(dòng)機(jī)本身的價(jià) 格。同時(shí)，傳感器對(duì)使用環(huán)境比較挑剔，其安裝也會(huì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，無(wú)速度傳感器控制技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。 交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 交流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)定向控制有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 、 定子磁場(chǎng)定向控制和氣隙磁場(chǎng)定向控制 3種，其中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制應(yīng)用最普遍。以下專門(mén)介紹這種控制的原理。 圖 31 是轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 以 r? 速度在旋轉(zhuǎn)。在 dq 坐標(biāo)系下的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型為： 定子的電壓方程： dsrqsqssqsqsrdsdssds dtdiRu dtdiRu ??? ??? ??? ??? (31) 轉(zhuǎn)子的電壓方程 : ? ?? ???????????????qrdrdrrqrqrrqrqrrdrdrrdruudtdiRudtdiRu???????? (32) 定子的磁鏈方程 : ????? ??qrmqssqsdrmdssds iLiL iLiL?? (33) 轉(zhuǎn)子的磁鏈方程： ????? ??qrrqsmqrdrrdsmdr iLiL iLiL?? (34) 轉(zhuǎn)矩方程： )( qsdsdsqsnm iipT ?? ?? (35) 上述式中， dsu 、 dsi 、 ds? 分別表示定子電壓 、 電流 、 磁鏈在 d 軸的分量； qsu 、 qsi 、 qs?分別表示定子電壓 、 電流 、 磁鏈在 q 軸的分量； dru 、 dri 、 dr? 分別表示轉(zhuǎn)子電壓 、 電流 、磁鏈在 d 軸的分量； qru 、 qri 、 qr? 分別表示轉(zhuǎn)子電壓 、 電流 、 磁鏈在 q 軸的分量； r? 、? 分別表示轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速和異步轉(zhuǎn)速； sR 、 sL 、 rR 、 rL 分別表示定子電阻 、 自感和轉(zhuǎn)子繞組的電阻 、 自感； mL 表示定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的互感； mT 表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩； np表示磁極對(duì)數(shù)。 以上數(shù)學(xué) 模型是建立在 dq 坐標(biāo)系為任意位置的情況下。實(shí)際上， dq 坐標(biāo)系的放置位置選擇可以有很多種。如果選擇其中一種放置方式就稱為“定向”；如果將 dq坐標(biāo)系的d 軸與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向 (也就是 r? 矢量方向 )重合，就稱為“沿轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向定向”。 圖 31 中，這種特定的 dq 坐標(biāo)系的 d軸與轉(zhuǎn)子的 r? 方向一致， q軸超前轉(zhuǎn)子的 r? 方向 90176。 電度角。 根據(jù)這種定向關(guān)系，轉(zhuǎn)子的磁鏈 r? 在 d 軸的投影為 0，即 0?qr? ， rdr ?? ? 。上述數(shù)學(xué)模型中的式 (32)和式 (34)可以改寫(xiě)為： 轉(zhuǎn)子的電壓方程： ? ??????? ??rrqrrrdrriR dtdiR ??? ?0 0 (36) 轉(zhuǎn)子的磁鏈方程： ????? ??qrrqsmdrrdsmr iLiL iLiL0? (37) 將式 (33)和式 (37)代入到式 (35),并整理得： rqsrmnm iLLpT ?? (38) 將式 (36)代入到 (37)消去 dsi ,并整理得 ： ? ?rdsmrr iLLRdtd ?? ?? (39) 式 (39)說(shuō)明了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) r? 惟一受定子電流在 d 軸的分量 dsi 控制；式 (68)說(shuō)明了當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) r? 不變的情況下 ，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩只受定子電流在 q 軸的分量 qsi 控制。因此，通過(guò)這樣的磁場(chǎng)定向，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)控制參數(shù)的解耦。 磁通觀測(cè)原理 通過(guò)上面的介紹我們知道，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制，需要知道轉(zhuǎn)子磁鏈的大小和位置。通常有兩種方式獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信息：一種是直接法，即直接檢測(cè)氣隙磁鏈的方法。就目前的檢測(cè)手段來(lái)講，這種方法在磁鏈檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此，人們多采用另一種方法 —— 間接法，即通過(guò)檢測(cè)電壓 、 電流或轉(zhuǎn)速，利用異步電動(dòng)機(jī)的 數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的大小和位置。 下面就介紹一種磁通觀測(cè)方法的原理。 圖 32 是磁場(chǎng)定向的轉(zhuǎn)子磁鏈在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 與轉(zhuǎn)子的靜止坐標(biāo)系 ??上的分量。由圖可知： ?????rrrrrr ??? ????? sincos (310) 式中， r? 是轉(zhuǎn)子磁鏈位置角 (弧度 )。 在靜止坐標(biāo)系 ??下，定子和轉(zhuǎn)子的磁鏈方程分別為： 定子的磁鏈方程： ????? ??rmssrrmssri iLiL iLiL???????? (311) 式中， si?? 、 si?? 分別表示在電流模型中計(jì)算的定子磁鏈在 ??坐標(biāo)系下的分量。 轉(zhuǎn)子的磁鏈方程： ????? ??rrsmrrrsmr iLiL iLiL???????? (612) 將是 (311)乘以 rL ，式 (312)乘以 mL ，然后相減并整理得： ?????????????rrmrsrrmsirrmrsrrmsiiL LLLLLiL LLLLL??????????22 (313) 式 (313)建立了 ??靜止坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的關(guān)系。當(dāng)已知轉(zhuǎn)子磁鏈后，就可以根據(jù)式 (313)計(jì)算出定子磁鏈。 根據(jù)電壓方程，在 ??靜止坐標(biāo)系下定子的磁鏈為： ? ?? ????????? ??? ?? dtuiRu dtuiRuc o mssssvc o mssssv?????????? (314) 式中， sv?? 、 sv?? 分別表示在電壓模型中計(jì)算的定子磁鏈在 ??坐標(biāo)系下的分量； u 是補(bǔ)償電壓，是針對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)隨溫度變化以后以及檢測(cè)參數(shù)噪聲的修正量。 補(bǔ)償電 壓可通過(guò)對(duì)定子磁鏈的 PI 調(diào)節(jié)來(lái)修正： ? ? ? ?? ? ? ? ?????????????????dtTKKudtTKKusisvIPsisvPc omsisvIPsisvPc om?????????????????? (315) 這樣，根據(jù)式 (314)和式 (315)就可以計(jì)算出經(jīng)過(guò)修正的定子磁鏈在 ??坐標(biāo)系下的分量。 根據(jù)式 (313)，也可以推導(dǎo)得： ?????????????smmrssmrrsmmrssmrriL LLLLLiL LLLLL??????????22 (316) 當(dāng)修正過(guò)的定子磁鏈已知時(shí)，通過(guò)式 (316)就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈 ??坐標(biāo)系下的分量。那么，轉(zhuǎn)子磁鏈的位置即 r? 也可通過(guò)下式求得： ????????? ?rrr????? 1tan (317) 轉(zhuǎn)子磁通觀測(cè)控制框圖如圖 (33)所示。 由圖可以看出，根據(jù)定子電流 、 電壓在 ??坐標(biāo)系下的分量以及電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈的大小和位置。 基于數(shù)學(xué)模型的開(kāi)環(huán)速度估計(jì)原理 為了取消異步電動(dòng)機(jī)矢量控制中的速度傳感器，就必須找到一種方法來(lái)獲取速度信息?；跀?shù)學(xué)模型的開(kāi)環(huán)速度估計(jì)是一種最簡(jiǎn)單 、 運(yùn)算量最少的方法，目前應(yīng)用較為普遍。 在 ??坐標(biāo)系下，根據(jù)式 (312)的轉(zhuǎn)子磁鏈方程可以推得： ? ?? ????????????smrrrsmrrriLLiiLLi????????11 (318) 在 ??靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子的電壓方程為： ???????????dtdiR dtdiRrrrrrrrr????????????00 (319) 式中， ? 是轉(zhuǎn)子電角速 度。將式 (318)代入式 (319)得： ???????????????rsrmrrrrrrsrmrrrrriLLRLRdtdiLLRLRdtd???????????????? (320) 轉(zhuǎn)子磁鏈同步角速度 r? 可由下式得： 21t anrrrrrrrrr dtddtddtddtd??????????????? ????????????? (321) 式中， 222 rrr ?? ??? ?? 。將式 (320)代入式 (321)得： 2r rrrrr mrriiLLR ? ???? ???? ??? (322) 故：2r srsrr mrriiLLR ? ???? ???? ??? (323) 自此，通過(guò)式 (321)和式 (323)可以看出，當(dāng) ??靜止坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流已知時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電角速度 ? 可以通過(guò)計(jì)算估計(jì)出來(lái)。這就是基于異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的開(kāi)環(huán)速度估計(jì)原理。這種方法依賴于數(shù)學(xué)模型的參數(shù)是否準(zhǔn)確，依賴于電動(dòng)機(jī)參數(shù)是否有偏差。 第三章 第二章 介紹了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的理論，現(xiàn)在對(duì)其硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建矢整個(gè)矢量控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)電路主要由主電源電路和 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路以及控制電路三個(gè)部分，主電路主要有整流模塊 、 濾波模塊 、 逆變模塊； IGBT 驅(qū)動(dòng)電路有驅(qū)動(dòng)隔離部分 、 FAULT 狀 態(tài)反饋 、IGBT 的“軟”開(kāi)關(guān)技術(shù)以及集成 IGBT 保護(hù)電路；控制電路以 TMS320F28035 為核心并加上相應(yīng)的保護(hù)電路和通信接口。 整流模塊逆變模塊I G B T 驅(qū) 動(dòng) 模 塊T M S 3 2 0 F 2 8 0 3 5MP W M 模 塊 A / D 模 塊AiBiCi2 2 0 V A C 主電源電路的設(shè)計(jì) 主回路完成電機(jī)供電的交流 – 直流 – 交流的轉(zhuǎn)換功能，是功率流動(dòng)變換的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主回路由過(guò)電流保護(hù) 、 整流 、 濾波 、 逆變 、 電流檢測(cè)等部分組成。如圖 31： 圖 31 主回 路 過(guò)電流保護(hù)是通過(guò) 3 個(gè)功率熱敏電阻 (NTC 10Ω 10A)實(shí)現(xiàn)過(guò)電流的保護(hù)，防止系統(tǒng)上電瞬間電容充電沖擊電流和電網(wǎng)浪涌以及短 路過(guò)流。 整流電路主要作用是將電網(wǎng)的交流電整流后提供給逆變電路，故整 流 部分是通過(guò)單相電橋?qū)?220V 交流電變成直流脈動(dòng)電壓 ，再由電容濾波濾除整流后的電壓紋波。逆變部分是采用英飛凌 6 個(gè) IGBT 作為功率開(kāi)關(guān)將整流后的電壓逆變成交流電。電流檢測(cè)采用 ACS712(20A)傳感器，采集每一相電流。 控制電路的設(shè)計(jì) . Piccolo DSP 微控制器