异步电动机转子磁链观测器的设计与仿真—任务书
高速异步主轴电机磁链观测器的设计
高速异步主轴电机磁链观测器的设计汪亮亮;蔡豪;曾祥彩;许小龙【摘要】实现宽速度范围内磁链的准确观测是高速异步主轴电机控制中需要解决的一大难题,针对传统电流模型和电压模型磁链观测器在不同速度都存在其各自的缺陷,受电机参数变化的影响较大,设计了一种采用开环电流模型和闭环电压模型相结合的闭环磁链观测器.为提升磁场控制的快速响应性,采用转子磁场定向,定子磁通调节的方式进行控制.同时采用此方法设计磁链观测器电压模型中没有漏感项,高速运行时,对参数变化不敏感.还从各观测器的数学模型对其参数的敏感性进行了分析,仿真和实验结果证实了该方法的有效性.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2017(046)007【总页数】5页(P32-35,113)【关键词】高速异步主轴电机;磁链观测器;矢量控制;电机参数【作者】汪亮亮;蔡豪;曾祥彩;许小龙【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TM355高速异步主轴作为数控机床最核心的关键部件之一，其性能的好坏直接影响机床的整体性能水平。
磁链观测的准确性是影响高速异步主轴控制的重要因素之一，由于加工刀具、被加工工件材质以及对零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削效果，就要求传动系统必须具有足够宽的调速范围，实现宽速度范围内磁链的准确观测是高速异步主轴电机控制中需要解决的一大难题。
磁链观测的有两种：直接测量法和观测法。
直接测量法是在电机上安装物理感应器件来直接测量电机磁链，但是安装起来比较复杂，而且增加了硬件的成本，所以应用范围较小。
观测法则是通过检测电流、电压、转速等一些较容易获取的信号，通过一种算法对电机磁链进行实时估算。
传统的两种磁链观测模型分别为电流模型和电压模型，但其各自在不同速度段都存在一定的缺陷，不能在全速段实现电机磁链的准确观测。
三相异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统仿真
摘要本文对三相异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统进行了计算机仿真研究，运用Matlab/Simulink和SimPowerSystem工具箱及面向系统电气原理结构图的仿真方法，实现了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的建模与仿真；重点介绍了调速系统的建模和调节器参数的设置，给出了矢量交流调速系统的仿真模型和仿真结果非常接近实际情况，说明了仿真模型的正确性。
关键词：异步电动机；交流调速；矢量控制目录摘要 01概述 (1)2总系统设计 (2)3子系统设计 (6)3.1 转速控制器 (6)3.2 定向控制器 (6)4三相异步电动机磁场定向矢量控制系统仿真 (8)4.1参数给定 (8)4.2系统仿真 (10)总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)1概述交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。
对其仿真研究不能像控制系统那样可用各环节简化传递函数来表示，这样会有很多重要环节被忽略，完全体现不了交流调速系统的整体结构和各个环节点上的信号状态。
对电气传动系统的建模仿真力求达到与实际系统相一致，Matlab提供的Simulink中的电力系统工具箱（SimPowerSystems）能很好地满足这一要求。
以往对电气传动系统的仿真研究主要集中在电机的建模和仿真，最近，许多对复杂电力传动系统的建模仿真方法已提出，主要有运用仿真工具箱对电力传动系统建模仿真和将电力传动系统的功能单元模块化的仿真建模。
由于三相异步电动机是一个多变量、强耦合非线性系统，存在着高性能上难以控制的问题。
矢量控制技术有按转子磁链定向和按定子磁链定向的控制等策略。
按转子磁链定向矢量控制给出了交流电动机的基本解耦控制方法。
在设计调速系统过程中，利用Matlab按转子磁链定向矢量控制的交流调速系统仿真，正确的应用坐标变换模块是建立转子磁链模型的基础。
关于异步电机转子磁链的龙伯格降维观测器的讨论
为态 量定 电为人 定 电为 器 状 变 、子 压箱 、子流 :
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关健词:转子磁链 降维观侧器 定常观侧器 重构状态
中 分类号:TM8 圈
文橄 标识码: A
文t 编号: 1672- 3791(2007)08(6)- 0213- 02 雅普 德定性理论可 诺夫 保证系 统的稳定性 同
时也可保证观侧误差收敛。 2 .2 电压电 流模型
在现代异步电机矢盈控制系统中， 准确观 侧转子斑链是系统取得高性能的前提条件。 在实际应用中. 矢量控制系统有着各种不同的
坐标定位方法， 从而对应的转子磁链观测也有
若为了 俏去转速， 避免观侧器中 时变距阵
将式9 和f 代人降维观测器式(10)得:
的出 也 捎 式(19)中 时 A w,.根据 现 即 去 的 变
式(19), 令:
着不同的形式。本文从转子磁链的降维观侧
器出发， 在不同坐标下讨论了转子磁链降维观 侧器的各种特殊形式， 最终得出转子班链降维
-(R 一(7I-.,J) aL ,
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一种用于异步电机矢量控制的新型滑模转子磁链观测器研究
动力学与控制学报
JOURNAL OF DYNAMICS AND CONTROL
Vol． 9 No． 1 Mar． 2011
一种 用 于 异 步 电 机矢量 控制的 新型 滑 模转 子 磁 链观测 器研究
黄刚 张昌凡 *
t
( σRL + σLLL T ) I － ω J，
( )
1 1 I － ( ω1 － ω r ) J ， B1 = I． Tr σT s i sq］ 为定 子 电 流; ψ = ［ ψ rd
T u sq］ 为定 子 电 压; I = T r
Lm Lm 1 I － ωr J ， A21 = I， Tr σL S L r T r
实现了电机转子磁链的精确估计． 器， 滑模观测器对电机的参数有着很好的鲁棒性， 在 很宽调速范围内也拥有良好的动态性能， 具有很好的 应用前景． 然而普通滑模系统在跟踪指令信号时， 如 果遇到扰动， 稳态误差会变大， 以至于达不到要求， 虽 然可以做到把系统稳态误差无穷地趋向于零， 但是在 实际应用中， 这个稳态误差的存在会造成诸如抖振加 10］ 重等许多问题． 文献［ 中提出的具有积分形式增益 的滑模控制器， 其在滑动模态阶段， 当切换函数趋近 于零时， 切换函数的积分也趋近于零， 其跟踪性能更 优， 可以解决抖振和稳态误差过大等问题． 由于电机 我们希望与电机相关的滑 系统的参数是不断变化的， 模控制量离滑模面较远时速度较大， 从而可以保证到
∫ edt sgne］ = e ［A
T 0
t
T 22
+ A22］ e－
t
( [ A K ∫ edt sgne] e + e [ A K ∫ edt sgne] )
新型转子磁链观测器的设计与仿真
ｐ ＋１
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的信 号 ，所 以转 子磁 链 观 测 器 设 计 的 好 坏 直 接 影 响 到整个 系统 的性 能 。常 用 的转 子 磁 链观 测 器 有
电流型观 测 器 、 电压 型 观 测 器 及 改 进 电压 型 观 测 器 ，本文 在 分 析 了 ３种 观 测 器 优 缺 点 的基 础 上设 计 了一种 基 于 电流 型 和改 进 电 压 型 观测 器 的 新 型
而矢量 控 制 思 想 的 提 出 很 好 地 解 决 了 这 一 问 题 。 在 转子 磁 场 定 向矢 量 控 制 系 统 中无 论 是 转 子 的磁 通反馈 还 是 直 接 磁 场 定 向 ，都 需 要 知 道 转 子 磁 链
在按转 子磁 场 定 向 的 同 步 坐 标 系 下 ，由 三 相
新 型 转 子 磁链 观测 器 的设 计 与 仿 真
赵 典 强宝 民
７ ０ ２ １０ ５ 第二 炮兵 工程 大学 西安
摘
要 ：针 对 传 统 的 电流 型 转 子 磁 链 观 测 器 、 电压 型 转 子 磁 链 观 测 器 以及 改 进 电压 型 转 子 磁 链 观 测 器 各 自
的优缺点 和适用范 围 ，设计 了一种 由电流型 和改进 电压型转子磁链观测器组合而 成的一种新 型转子磁链 观测器 ， 并在模 型切换过程 中采 用改进 的滞 环切换器 。对建立 的新型观测 器 的 Ｓ ｌ ｋ模 型进行 仿真 ，结果 表明 ，新 型 ｉ ｉ ｍｕ ｎ 观测器能够得到较精确的转子磁链 观测值。 关键词 ：转子磁链 ；观测 器 ；滞 环切换 器 ；Ｓｍ ｌ ｋ ｉｕｉ ｎ
ｅ ｒ， ｖ ｌａ ｅ ｒｔ ｒｆｕ ｂ ｅ ｖ ｒａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｄ ｖ ｌａ ｅ ｒ ｔｒｆｕ ｂ ｅ ｖ ｒ ａ ｎ ｗ—ｙ ｅ ｒ ｔｒｆｕ ｂ ｅ ｅ ｓｄｅ ｉｎｅ ｙ ｃ ｎ— ｏｔ ｇ ｏｏ ｘ ｏ ｓ ｒ ｅ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｏｔ ｇ ｏｏ ｘ ｏ ｓ ｒ ｅ ， ｅ ｔ ｐ ｏｏ ｘ ｏ ｓ ｒ ｒｉ ｓｇ ｄ ｂ ｏ ｌ ｌ ｌ ｖ
高速异步主轴电机磁链观测器的设计
ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｕ ｘ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ
链观测器 电压模型 中没有漏感 项 ，高速运行 时 ，对参数变 化不敏感 。还从各 观测器 的数 学模型对其参数 的敏感性进行 了分析 ， 仿真和实验结果证实 了该方法 的有效性 。 关键词 ：高速异步主轴 电机 ；磁链观测器 ；矢 量控制 ；电机参数
中图分类号 ：Ｔ Ｍ ３ ５ ５
文献标识码 ：Ａ
摘要 ：实现宽速度范 围内磁链 的准确观测是高速异步 主轴 电机控制 中需要解决 的一大难 题 ，针对传统电流模型和 电压模 型磁链 观测器在不 同速度都存 在其各 自的缺陷 ，受 电机参数 变化 的影响较大 ，设计 了一 种采用开环电流模型和闭环 电压模 型相结合的 闭环磁链观测器 。为提 升磁 场控制的快速响应性 ，采 用转 子磁场定 向，定子磁通调节 的方式进行控制 。同时采用此方法设计 磁
技 术与 机床
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ９ ４ ９ ２ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ７ ． ０ １ １
高速异步主轴 电机磁链观测器的设计
汪 亮 亮 ，蔡 豪 ， 曾祥 彩 ，许 小龙
（ 广 东工 业 大 学 自动 化 学 院 ， 广 东广 州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
异步电机磁链观测
其中， 校正函数。
β1
、 β2
、 β3
均为正； f i (ε )
为
期望所构造状态观测器的各状态分别跟踪被扩张的状 态变量，即 xi (t ) → xi (t ), (i = 1, 2,3) 。 将(1)式和(2)式相减可得：
∧
• ε 2 − β1. f1 (ε1 ) 1 ε= • ε 3 − β 2 . f 2 (ε1 ) ε= 2 • −b − β3 . f3 (ε1 ) ε 3 =
(3)
2．扩张状态观测器（ESO）原理
【2】
状态观测器本质是根据已知输入和测量输出重构 出系统状态。假设二阶系统
(4)
x '' = a0 x ' + a1 x + bu + ω
其中 u ，x
(1)
为
分别是系统的输入、 输出；ω
系统的外加扰动。 在实际系统中，除外加扰动、测量误差外，还 常出现参数的摄动以及未建模动态等情况。 假定
异步电机转子磁链闭环观测方法及仿真
李红波 张凯 熊健 康勇
华中科技大学 电力电子与电气传动系 武汉 430074 Emai:llihongbo3457@
摘 要 : 本文基于自抗扰技术中的扩张状态观测器（Extended State Observer, ESO） ，提出一种闭环磁链观测模型。该模
其中，已知模型为：
(10)
在实际系统中，外部干扰和系统内部摄动都是在 一定范围内变化的，即 f 界的。假设 | f |<
'
有界，其导数 f
'
也是有
χ
，则可以推出如下结论：
f1 = −
Lm 2 Rr + Lr 2 Rs Lm 2 Rr + Lr 2 Rs f = − isβ i sα 2 Lr 2 Lσ Lr 2 Lσ
一种异步电机全阶磁链观测器设计方法
第29卷第5期水下无人系统学报 Vol. 29No.5 2021年10月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Oct. 2021收稿日期: 2020-11-02; 修回日期: 2021-01-27.作者简介: 张炜权(1981-), 男, 硕士, 高工, 主要研究方向为流体转动与控制.[引用格式] 贾国涛, 张炜权, 刘国庆. 一种异步电机全阶磁链观测器设计方法[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(5): 596-600.一种异步电机全阶磁链观测器设计方法贾国涛, 张炜权, 刘国庆(中国船舶集团有限公司 第705研究所昆明分部, 云南 昆明, 650101)摘 要: 随着新型水下电动混流泵发射动力技术的不断发展, 对高速电机驱动提出了新的要求。
但传统全阶磁链观测器设计会引发系统极点产生正实部, 造成无速度传感器控制系统不能在低转速区域保持稳定, 促使装置启动失败。
针对此, 文中提出一种新的异步电机全阶磁链观测器设计方法, 设计了一种基于全阶磁链观测器的误差反馈矩阵, 可同时保证观测器极点实部和估计转速传递函数的零点实部都小于零, 从而保证了观测器以及估计转速的稳定。
实验验证了该方法的有效性。
关键词: 异步电机; 全阶磁链观测器; 无速度传感器; 矢量控制; 转速估计中图分类号: TJ630; TM343 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2021)05-0596-05DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2021.05.012New Design Method for an Asynchronous Motor Full-Order Flux ObserverJIAGuo-tao , ZHANG Wei-quan , LIU Guo-qing(The 705 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Kunming 650101, China)Abstract: New technologies for electric underwater mixed-flow pump launch power are increasingly becoming an active research topic in the underwater attack and defense field, in which the reliability design of equipment is the key feature. However, the traditional design method of an asynchronous motor full-order flux observer leads to a positive real part of the poles of the system, resulting in a speed sensorless control system that is not stable in low-speed regions, and, thereby, in the failure of the start-up of the device. This study, therefore, proposes a new design method for an asyn-chronous motor full-order flux observer, which is designed based on a full-order flux observer while ensuring that the real part of the pole of the observer and the real part of the zero point of the estimated speed transfer function are less than zero. As a result, the stability of the observer is ensured while the speed is estimated. Finally, the effectiveness of the method is verified experimentally.Keywords: asynchronous motor; full-order flux observer; speed sensorless; vector control; speed estimation0 引言 为满足水下新型预置式武器平台、深海试验平台、新型潜艇及攻击型无人水下航行器(unman- ned undersea vehicle, UUV)等低噪声、小型化发射的需求, 新型水下电动混流泵发射动力技术越来越成为水下攻防的研究热点, 发射动力装备对高速电机驱动提出了新的要求, 其可靠性设计成为关键技术。
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[1].洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真[M]. 速系统与MATLAB仿真[M].中国电力出版社，2007.
[3].李荣高，宁玉泉.SPWM交流调速的Matlab仿真机交流伺服驱动系统[M].中国机械程出版社，1997.
[4].王海峰，任章.异步电机矢量控制系统MATLAB/SIMULINK仿真[J].电气传动自动化,2003（6）.
设计要求：
(1).了解与掌握异步电动机的基本工作原理及调速方法
(2).了解与掌握MATLAB/Simulink仿真技术
(3).设计交流异步电动机转子磁链计算模型
(4).采用MATLAB/Simulink对磁链计算模型进行仿真
2.原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）
电动机参数：7.5KW、400V、1440r/min、50Hz两对极， ， ， ， ， ，
[5].陈特放等．基于MATLAB／SIMULINK的异步电机直接转矩控制系统的建模和仿真[J]．机车电传动，1998（3）.
[6].李夙．异步电动机直接转矩控制[M]．机械工业出版社，l994.
[7].Marian P Kazmierkowsi．Improved Direct Torque and Flux VectorControl of PWM Inverter-Fed Induction Motor Drives[J]．IEEETransactions on industrial electronics，vol 42，No．4，August 1995．
指导教师签字：
教研室主任签字：
2011年3月18日
毕业设计任务书
题目异步电动机转子磁链观测器的设计与仿真
起讫日期2011年3月28日 至2011年6月20日
学生姓名专业班级
所在院系电气信息学院
指导教师王英职称教授
所在单位电气工程教研室
2011年3月18日
任务及要求：
1.设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）
设计内容：
交流异步电动机的磁场控制是调速控制中的关键问题，对电动机磁场进行实时控制，首先要检测磁场。电动机磁场的直接检测，由于受到工程和技术条件的限制很难实现，一般采用计算的方法，即采用磁链模型进行观测。MATLAB/Simulink的特点是可通过图标和框图构造系统,可以方便地修改设定系统的结构和参数,仿真结果以图形化的语言反映系统的动态调节过程,是调速系统计算机辅助设计的有力工具，本课题的主要任务是建立交流异步电动机转子磁链计算模型，并用MATLAB/Simulink对磁链计算模型进行仿真。