改进的MRAS无速度传感器VC控制系统仿真研究

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基于MRAS的改进型无速度传感器矢量控制系统仿真

作者简介：为勇（９７）男，士研究生，要研究方向为电力电子与运动控制。徐１８一，硕主
４２
青岛大学学报（程技术版）工
第２６卷
一
Ｒ＋＋ｓＬＬ孥
一
（３）
在两相静止坐标系上，子磁链在ａｐ轴＿Ｏ量为转 — Ｌ０分
为平台，验证了新的速度估计方法的正确性。
１无速度传感器矢量控制系统的设计
１１无速度传感器矢量控制系统的基本方程．
异步电动机在两相静止坐标系上的电压方程式＿为５
Ｒ＋Ｌ。Ｐ
０
一
卉一ＪＷ）（ｏｒＬＴ￣，
赤 ‘ ＋Ｔ址Ｌｒ）ｍ
（８）
（９）
一
式中，＝Ｌ／为转子电磁时间常数。Ｔ＝尺＝
Ｌ分别为两相坐标系上定子、子自感；为两相坐标系上同轴定子、转Ｌ转子问的互感。由式（）的第１２行可得定子回路的两相电压方程为１，
一
பைடு நூலகம்
Ｒ＋＋ｓＬＬ誓
（２）
收稿日期：２１一Ｏ０１４—２７
０
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一种改进的异步电机无速度传感器的直接转矩控制系统

提出的方法取得了良好的控制效果。
关键词：直接转矩控制异步电动机磁链辨识模型参考自适应系统模糊控制
［中图分类号］Ｔ４［Ｍ３３文献标志码］Ａ［文章编号］１０３８（０２００１３００— ８６２１）４－０３—０
ＡｎＩｒｖｄＩｄｃｉｎＭｏｏｅｄＳｎｏｌｓｒｃｒｕｎｒｌｓｅｍｐｏｅｎｕｔｔｒＳｐｅｅｓｒｓＤｉｔＴｏｑｅＣｏｔｏｏｅｅＳｙｔｍ
ｃｎｒｌｅｏｒｄｕｅｔＩｐａａｅｅｓｏｈｐｅｄｎｃｎｔｙｔｍａａｔｒｏｉｏｅｔｅｏａｅｏｈｅｗｈｏｅｃｎｒｌｏｔｏｌｒｔｅｃｈｅＰｒｍｔｒｆｔｅｄｅｎｅｅｏｈｅｓｓｅｐｒｍｅｅｓｔｍｐｒｖｈｅｐｒｒｎｃｆｔｆｍｌｏｔｏ
（）３
（响应迅速，是一种具有高静、动态性能
的交流调速方法。在高性能的ＤＣ中，Ｔ转速的闭环控制环节
一
般是必不可少的。通常采用光电编码器等速度传感器来进行
电磁转矩方程：
Ｌｉ＋Ｌｉ，，
转速检测，但速度传感器的使用增加了系统的安装难度及成本。本文用一种新的磁链观测方案观测定子磁链，并将其作为参考模型，构成新的模型参考自适应系统ＭＡ（ｄｌｅｒｎｅＡＲＳＭｏｅＲｆｅｃ．ｅｄｐｖｙｔ，以在全速度范围内准确辨识速度，ａｔｅＳｓｍ）可ｉｅ同时用模糊速度调节器代替传统Ｐ调节器，Ｉ进一步改善了直接转矩控制在全速范围内的性能，尤其是极低速的性能。

一种改进的MRAS观测器及异步电机转速估计方法的研究

０引言
磁场定向控制已成为控制交流异步电机调速系统的一种成熟方法，在现代工业驱动中磁场定向控制被广泛应用，展现了高性能。在异步电机驱动装置中，提高驱动系统的稳定性日益成为一
磁链的相位和幅值，而无速度传感器矢量控制系统需要估计Байду номын сангаас子转速，在实际中测量电压和电流是比较容易的，因此可知无速度传感器矢量控制
能运行。
关键词：无速度传感器；矢量控制；磁链观测器；模型参考自适应；转速估算
中图分类号：ＴＭ３４３文献标识码：Ａ文章编号：１００９—９４９２（２０１３）０５—００１５一ｏ４
ＡｎＩｍｐｒｏｖｅｄＭＲＡＳＯｂｓｅｒｖｅｒａｎｄＡｓｙｎｃｈｒ０ｎ０ｕｓＭｏｔｏｒＳｐｅｅｄＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＲｅｓｅａｒｃｈ
ｌｆｕｘｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｆａｓｔｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅ，ｌｏｗｓｐｅｅｄｓｔａｂｌｅｐｅｆｏｒｍａｒｎｃｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｕｆｘｏｂｓｅｒｖｅｒａｓ
摘要：为了提高异步电机无速度传感器矢量控制系统的低速性能以及降低对电机参数变化的敏感性，提出了一种改进的转子磁

基于定子电流模型的MRAS系统仿真研究

（ｃｏｌｆｌｃｒａＥｇｎｅｉｇｎｆｒｔｎＳｕｈｅｔｅｏｅｍＵｎｖｒｉ，ｈｎｄ，１５０ＳｈｏｏＥｅｔｃｌｎｉｅｒｄＩｏｍａｉ，ｏｔｗｓＰｔｌｉｅｓｙＣｅｇｕ６００）ｉｎａｎｏｒｕｔ
ＳｍｕａｉｎＲｅｅｒｈｏＲＡＳＳｙｔｍｓｄｏｔｔｒＣｕｒｅｔＭｏｌｉｌｔｏｓａｃｆＭｓｅＢａｅｎＳａｏｒｎｄｅ
ＹｎＫａＪａｇＬｉＬｉｏｇｂＹｎＪｅｉｇｉｉｎｎｎｏＨａｇｉ
Ａｓｉ一ｉ输入到转速自适应Ｐｉ＝ｓｓＩ调节器来得到转速观测值，但由于电流误差 △ 为一矢量，静止坐标
感应电机。矢量控制的关键问题是转子磁场的准确定
向，只有准确得到磁链的幅值和空间位置，才能准确的得到定子电流的励磁分量和转矩分量，从而实现定
ｄｉ：１ｌ “ ＡＩＢＩＩ＋ｓｓ
ｆＩｌ模型，构成模型参考白适应系统来辨识转速和转子磁链，不涉及电压模型中的纯积分环节和电
式中，Ｕ、ｉｓ分别为定子电压、电流矢量，为转子磁
势计算，从而可以改善传统的ＭＲＡＳ矢量控制系统存
（Ｍ）［］来估计转子磁链。Ｉ４－５
矢量控制的基本原理就是通过坐标变换和磁场定向，定子电流分解为励磁分量ｉ和转矩分量ｉ，转将。。子磁链仅由定子励磁电流产生，电磁转矩正比于而转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，从而实现了磁通和转矩的解耦控制，还降低了电机数学模型的阶次，然后按照直流电机的转矩和转速控制规律控制

基于MRAS的异步电机无速度传感器矢量控制

基于MRAS的异步电机无速度传感器矢量控制异步电机矢量控制无速度传感器模型参考自适应1引言随着电力电子技术及自动控制技术的发展，交流电动机的调速系统正走向高性能化。

在高性能的交流调速系统中，为了提高系统的控制性能，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。

通常，速度反馈量的检测多是采用光电脉冲编码器或测速发电机。

但高精度的速度传感器价格比较昂贵，明显增加了整个控制系统的成本。

同时速度传感器的安装存在同心度问题，由于安装中存在的问题使速度传感器成为系统的故障源，系统的机械可靠性大为降低，由此可以说在某种程度上破坏了交流异步电动机的简单、牢固等特性，限制了交流调速系统的应用范围。

因此研究无速度传感器交流调速系统，受到了国内外学术界和工程界高度重视，成为近年来的研究热点[1]。

无速度传感器矢量控制技术的核心问题是对磁链和转速进行准确辨识。

常见的磁链辨识方法有：电流模型法和电压模型法。

因电流模型需要转子转速的信息，而电压模型中不需要转子转速信息，所以无速度传感器矢量控制系统中通常采用电压模型进行磁链辨识[2]。

电压模型中含有纯积分环节，使得磁链的观测会因积分初值和漂移产生误差。

为了解决这一问题，可以采用一阶惯性环节来代替纯积分环节，由此引起的误差，可以通过参考磁链矢量经低通滤波器后的信号进行补偿[3-4]。

在磁链辨识基础上，需要对电机转速进行辨识。

近年来，随着高性能数字信号处理器的飞速发展，各种转速估计方法层出不穷。

如：直接计算法、模型参考自适应(MRAS—Model Reference Adaptive System)、基于自适应全阶状态观测器的方法、扩展卡尔曼滤波器法(EKF—Extended Kalman Filter)、神经网络法、齿槽谐波检测法、高频信号注入法等。

因MRAS原理简单、容易实现，在无速度交流调速系统中得到了广泛应用。

MRAS参数辨识思想：将不含待辨识参数的模型作为参考模型，将含有待辨识参数的模型作为可调模型，且两个模型具有相同物理意义的输出量，利用其输出量误差，并通过合适的自适应率来调节可调模型参数，已达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。

基于典型MRAS无速度传感器矢量控制系统的改进研究

性能。
关键词：矢量控制；无速度传感器；ＭＲＳＡ；仿真
中图分类号：Ｔ０Ｈ１
文献标识码：Ａ
文章编号：１７－１ｘ２１）５０３－６２６２（０１０－０５０９
０引言
无速度传感器控制的关键在于精确的转速估计与解耦控制，但这两者之间又存在相互耦合的关系。转速估计不仅与定子电压和电流有关，，２同时还与电机参数密切相关。在数字化电机控制系统中，３转速估计的精度与采样频率以及反馈信号的分辨率有关Ｊ而转速估计的精确程度不仅影响到速度控制，的准确度，也会影响到速度环路补偿器的设计。为了实现高性能的交流调速，速度传感器矢量控制需要无复杂的控制技术，要进行矢量的坐标变换，通矢量的在线计算和自适应参数变化而修正磁通模如磁型¨ ，以及内部的加速度、度、环控制的在线实时调节。由于ＭＲＳ模型参考自适应系统ｍｄｅ速外Ａ（ｏｅｒ－ｆ
ｒ
式中：
ｕ “ ｕｕ — —定子、子的电压Ｂ转
ｉｉｉｉ —— 定子、、Ｂ转子的电流Ｌ— —定子与转子同轴等效绕组间的感
Ｌ— —定子等效两相绕组问的自感Ｌ—— 定子等效两相绕组间的自感 ∞ —— 转子角速度
收稿日期：０１３０２１－－０７回修日期：０１３２２１－－１０作者简介：罗龙（９８一）男，１７，讲师，主要研究方向：汽车电器。

基于MRAS的无速度传感器感应电机DTC系统研究

ｔｒｗｉｈｃｕｅｉａａｕｎｒｒｂｅ．Ｔｅｅｐｏｌｍｓａｄｒｓｓａｃａｉｓｅｆｃｅｅｐｅｉｏｆｏ，ｈｃａｓｄｉｔｖｌｅａｄｄｉｐｏｌｍｓｈｓｒｂｅｎｅｉｔｎｅｖｒｅｆｔｄｔｒｃｓｎｏｎｉｌｔｆｅｈｉｓｅｄｉｅｔｃｔｎｐｅｄｎｉａｏ．Ｔｅｏｔｕｌｒｉｉｔｄｃｄｔｍｐｏｅｔｅｐｒｒｎｅｏｈｕｅｉｔｇａｏ，ｂｓｇｉｆｉｈｕｐｔｆｔｓｎｏｕｅｏｉｒｖｅｆｍａｃｆｔｅｐｒｎｅｒｔｒｙｕｉｉｅｒｈｏｎ
ｐｐｖｙｅａｉ￣ｔｅｒ，ｔｅｉｆｕｎｅｃｕｅｙｔｅｓａｏｅｉｔｎｅｖｒａｉｎｉｅｉｎｔｄｂｏｏ￣ｈｐｍｔｌｈｏｙｈｎｌｅｃａｓｄｂｔｔｒｒｓａｃａｉｔｓｌｂｉｈｓｏｍｉａｅｙ￣ｅｂｃｅｄａｋｔｈ
于电压参考模型采用纯积分型转子磁链电压方程，积分初值累积以及定子电阻变化都导致磁链观测误差较大，进
而影响速度辨识精度。通过引入输出滤波环节改进了纯积分器存在的不足，利用ｐｐｖ超稳定性理论设计了一并ｏｏ
（ｉａａｗｙＶｃｔｎｌＴｃｎａＩｓｔｔ，ｉａ，ｈａｘ１０４ＣｉａＸ ’ｎＲｉａｏａｏａ（ｅｈｉｌｎｔｕＸ ’ｎＳａｎｉ０１，ｈ）ｌｉｃｉｅ７ｎ

电气工程中电动机控制技术的最新研究成果

电气工程中电动机控制技术的最新研究成果在电气工程领域，电动机控制技术一直是研究的重点之一。

随着科技的不断进步，近年来在这一领域取得了诸多令人瞩目的研究成果，为提高电动机的性能、效率和可靠性提供了有力的支持。

电动机作为将电能转化为机械能的关键设备，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等众多领域。

因此，对电动机控制技术的研究和改进具有重要的现实意义。

在最新的研究成果中，先进的传感器技术发挥了重要作用。

高精度的位置传感器、速度传感器和电流传感器等能够实时、准确地获取电动机的运行状态信息，为精确控制提供了数据基础。

例如，基于磁阻效应的新型位置传感器，具有更高的分辨率和更低的成本，能够有效提高电动机位置检测的精度。

智能控制算法的应用也是一大亮点。

模糊控制、神经网络控制等智能算法逐渐被引入到电动机控制中。

模糊控制能够根据模糊规则和模糊推理，对电动机的运行进行灵活的控制，尤其在处理复杂、非线性的系统时表现出色。

神经网络控制则通过模拟人脑神经元的工作方式，实现对电动机的自适应控制，能够自动适应系统的变化和不确定性。

另外，无传感器控制技术取得了显著进展。

传统的电动机控制往往依赖于各种传感器来获取运行参数，但传感器的存在不仅增加了系统的成本和复杂性，还可能降低系统的可靠性。

无传感器控制技术通过对电动机的电压、电流等信号进行分析和处理，实现对电动机速度、位置等参数的估算和控制。

例如，基于模型参考自适应系统（MRAS）的无传感器控制方法，能够在较宽的速度范围内实现准确的速度估算。

在电力电子技术方面，新型功率器件的出现推动了电动机驱动系统的发展。

宽禁带半导体器件，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件，具有更低的导通电阻、更高的开关速度和更高的工作温度，能够显著提高电动机驱动系统的效率和功率密度。

多相电动机控制技术也逐渐受到关注。

与传统的三相电动机相比，多相电动机具有更高的功率密度、更低的转矩脉动和更好的容错能力。

通过合理的控制策略，可以充分发挥多相电动机的优势，提高系统的性能。

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ｓｅｄｓｎｏｌｓｓｒｓａｃｅｐｅｅｓｒｅｓｉｅｅｒｈｄ．ＢｙａｏｔｎｏｏｇｔｃｆｅｄｏｉｎｅｄｐｉｇｒｔｒｍａｎｅｉｉｌｒｅｔｄＶＣ。ｔｅａｙｃｒｎｕｔｒｉｏｔｏｌｄ；ｔｅｒｔｔｎｐｅｆｍｏｏｈｓｎｈｏｏｓｍｏｏｓｃｎｒｌｅｈｏａｉｇｓｅｄｏｔｒｉｓｉｔｄｓｅｔｍａｅｗｉＭＲＡＳｅｏｎｔｎｌｏｉｍ，ａｄｈｄｖａｉｎｆｍａｎｔｃｌｌｎａｅｓｏｖｒｅｂＰｏｖｈｏｅ．Ｄｕｔｔｅｔｈｒｃｇｉｏａｇｒｔｉｈｎｔｅｅｉｔｏｏｇｅｉｆｕｘｉｋｇｉｃｎｅｇｄｙｐｏｔｅｒｍｅｏｈａｃｍｕａｉｎａｄｄｒｔｏｒｏｓｍａｅｃｕｅｙｔｅｐｒｎｅｒｌｅｅｎｆｖｈｇｄｌｉｐｅｅｏｎｔｎａｇｒｔｍ，ｔｕｈｍｐｏｅｃｕｌｔｏｎｉｆｅｒｒｙｂａｓｄｂｈｕｅｉｔｇａｌｍｅｔｏｏａｅｍｏｅｎｓｅｄｒｃｇｉｏｌｏｉｆｉｈｈｓｔｅｉｒｖｄｉｔｇａｏｏｇｅｉｕｉｋｇｓｉｔｏｄｌｉｄｐｅｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍ．Ｔｈｉｌｔｏｅｕｔｖｒｅｈａｈｏａｉｇｓｅｄｏｎｅｒｌｒｔｒｍａｎｔｃｆｘｌｎａｅｅｔｍａｉｎｍｏｅｓａｏｔｄｔｏｖｈｒｂｅｌｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｅｆｓｔｔｔｅｒｔｔｐｅｆｉｉｎ
ＢａｅｎＩｐｏｅＲＡＳＳｐｅｎｏｌｓｓｄｏｒｖｄＭｍｅｄＳｅｓｒｓｅ
程名明互崂整程尹曼备阳胡晓昔
（海电力学院电力与自动化工程学院，海上上２０９）０００
ｍｏｏａｅｐｅｉｅｙｄｒｖｄｂｐｅｅｏｎｉｏｔｏｔｒｃｎｂｒｃｓｌｅｅｙｓｅｄｒｃｇｔｎｍｅｈｄ；ａｄｔｅｃｎｒｌｓｓｅｆａｕｅａｔｄｎｍｉｅｐｎｅ，ｓｌｓｅｄ —ｔｔｒｏ，ｉｉｎｈｏｔｏｙｔｍｅｔｒｓｆｓｙａｃｒｓｏｓｍａｌｔａｙｓａｅｅｒｒ
ａｄｓｒｎａａｉｔｆａｔ— ｉｔｒａｃｆｌａｎｔｏｇｃｐｂｌｙｏｎｉｄｓｕｂｎｅｏｏｄ，ａｄｉｐｓｅｓｓｇｏｔｔｎｙａｃｃｎｒｌｐｒｏｍａｃ．ｉｎｔｏｓｓｅｏｄｓａｉａｄｄｎｍｉｏｔｏｅｆｒｎｅｃ
Ｓｍｕｉｋｓｆｒｎｉｎｎ，ｈｅｔｒｃｎｒｌ（Ｃ）ｓｓｍｏｓｎｈｏｏｓｍｏｏａｅｎｍｄｌｅｅｅｃｄｐｉｅｓｓｍ（ＡｉｌｏｔｅｅｖｒｍｅｔｔｅｖｃｏｏｔｎｗａｏｏＶｙｔｆａｙｃｒｎｕｔｒｂｓｄｏｏｕｅｒｆｒｎｅａａｔｙｔｅｖｅＭＲＳ）
Ａｂｓｒｃ：ＡｉｎｔｔｅｉｓｅｘｓｉｎＡＣｔａｓｓｉｎｓｓｅ，ｅｇｔａｔｍｉｇａｈｓｕｓｅｉｔｎｇｉｒｎｍｉｓｏｙｔｍ．．，ｐｅｉｅｃｎｒｌａｄｓｅｄｒｃｇｉｉｎｆｒａｙｃｒｎｕｔｒｎｅｒｃｓｏｔｏｎｐｅｅｏｎｔｏｓｎｈｏｏｓｍｏｏ，ｕｄｒｏ
摘
要：针对交流传动系统中异步电机的精确控制和速度辨识等问题，Ｓｕｎ软件环境中，基于模型参考自适应系统（ＲＳ在ｉｌｋｍｉ对ＭＡ）
无速度传感器的异步电机的矢量控制（Ｃ系统进行了研究。系统采用按转子磁场定向的ＶＶ）ｃ对异步电机进行控制，过ＭＡ辨识通ＲＳ算法估算电机转速，Ｐｐｖ稳定定理对磁链偏差进行收敛。由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起误差积累和漂移由ｏｏ超问题，故采用改进积分型转子磁链估算模型来解决这一问题。仿真结果表明，度辨识方法能够准确推算出电机转速，速控制系统动态
Ｋｅｗｏｄ：ＡｙｃｏｏｓｍｏｒＳｅｄｓｎｏｌｓＭｏｅｒｆｒｎｅａａｔｅｓｓｅＭＲ）ＶｅｔｒｃｎｒｌＶＣ）Ｓｅｄｒｃｇｉｏｙｒｓｓｎｒｎｕｔｐｅｅｓｒｓｏｅｄｌｅｅｅｃｄｐｉｙｔｍ（ＡＳｖｃｏｏｔ（ｐｅｅｏｎｔｎｏｉ
改进的ＭＲＡＳ无速度传感器ＶＣ控制系统仿真研究
程启明，等
改进的ＭＲＳ速度传感器ＶＡ无Ｃ控制系统仿真研究
ＳｉｕａｉｎＲｅｅｒｈｏｃｏｒＣｏｔｏｙｔｍｌｔｓａｃｆＶｅｔｎｒｌＳｓｅｍｏ
响应快、态静差小、负载扰动能力强，稳抗具有良好的动静态控制性能。关键词：异步电机无速度传感器模型参考自应系统（ＲＳ矢量控制适ＭＡ）
文献标志码：Ａ
速度辨识
中图