異步電機速度估計之直接計算法

導讀：異步電機速度估計的方法主要分為兩大類：模型法和基于非理想特性的方法。本期文章介紹的是直接計算法（動態速度估計器），這種方法屬于模型法中的開環速度估計。

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異步電機矢量控制系統中，轉速的閉環控制必不可少，其是保證控制穩定性和控制性能的保證。矢量控制從其獲取速度的不同方法來分，可以分為有速度傳感器和無速度傳感器兩大類。一般早期的異步電機矢量控制常采用光電碼盤等速度傳感器來進行轉速的直接檢測，并反饋被測電機的轉速信號。但額外的速度傳感器不僅會增加系統的成本，其次如果傳感器安裝不當也易影響測速精度，而且傳感器的安裝還會使電機軸向上體積增大，給電機的日常維護帶來一定困難，并且速度傳感器還會降低電機的機械魯棒性，在高溫、高濕環境下傳感器精度也會受到影響．基于這些不足，為了克服上述問題人們開始研究無速度傳感器矢量控制方法。

本文著眼于無速度傳感器矢量控制系統的研究，重點在于講解異步電機無速度傳感器矢量控制系統的實現，井給出一些控制系統框圖進行試驗仿真，接下來就無速度傳感器矢量控制方法速度估計的一些方法介紹（本期重點先講解動態轉速估計器）。

一、動態轉速估計器介紹

動態轉速估計器是以電機的動態派克方程為基礎進行推導，分別由電機的電磁關系及轉速的定義數學方程式中得到關于轉差或轉速關系的表達式，其推導方法具體可以從以下三個方面入手：

（1）轉子磁場定向控制入手求解電機的角速度；

（2）定子磁場定向控制方程求解角速度；

（3）電機方程直接推導角速度；

本文介紹的是一種常用的異步電機動態轉速估計器方案是磁鏈閉環估算，速度開環計算。

二、仿真系統搭建

圖1 異步電機無速度傳感器矢量控制系統仿真

圖2 異步電機無速度傳感器矢量控制系統仿真波形變化情況

從圖2可以發現，速度估計的波形在突加載和速度變化的時候都能很好的跟蹤上給定值，證明該估計方法的可行性和有效性。

三、總結

第一節介紹的三種角速度的估算方法，具有直觀性強、速度的計算理論上沒有延時， 但這種動態轉速估計的缺點也是十分突出。其缺點具體表現在，該方法計算中包含磁通量的計算，因此電機磁通的觀測與控制好壞直接影響電機轉子轉速估計的精度．其次，由其計算方程式可以看出方程中包含了大量電動機參數，但由于交流異步電機是個非線性系統，其電機參數會隨著電機使用時間，溫度、濕度，及供電頻率等因素的影響而發生變化．為了解決電機參數變化的影響， 常需要在電機控制系統中加上參數的辨識環節，但是額外的參數辨識環節會使系統過于復雜，且辨識過程的延時十分的嚴重，但若不加上辨識環節，則會使計算精度受到影響．再次由于動態轉速估計器是從電機方程式入手求解角速度的，但電機的非線性性，會使電機速度隨時發生變化，而由于動態估計器估計電機速度的方法缺少誤差校正環節，所以難以保證系統的抗干擾性能，從而導致系統不穩定的運行情況．總之，如何有效的進行電機參數辨識，以及利用誤差校正環節來提高系統速度估計的抗干擾能力，是動態轉速估計器方法需要進一步研究的方向．