尹忠剛 張延慶 杜 超 孫向東 鐘彥儒

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基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)低速性能

尹忠剛1,2張延慶1杜 超1孫向東1鐘彥儒1

（1. 西安理工大學(xué)電氣工程系 西安 710048;2. 電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學(xué)） 西安 710049）

提出了一種基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制策略，根據(jù)Popov超穩(wěn)定性理論對系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，在深入研究傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器的基礎(chǔ)上，對保證系統(tǒng)在全速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行的反饋增益矩陣選取準(zhǔn)則進(jìn)行分析并據(jù)此設(shè)計了反饋增益矩陣。通過分析低速時定子電阻變化對轉(zhuǎn)速估計的影響，構(gòu)建了雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器，可以同時對轉(zhuǎn)速和定子電阻進(jìn)行在線辨識，有效提高了系統(tǒng)的低速帶載性能。對基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了實驗驗證，實驗結(jié)果驗證了算法的正確性和有效性。

全階自適應(yīng)觀測器 雙辨識參數(shù) 感應(yīng)電機(jī) 低速

0 引言

對變頻調(diào)速系統(tǒng)而言，速度或位置傳感器會增加成本而且不方便維護(hù)，所以無速度傳感器控制技術(shù)在越來越多的場合受到了青睞，已成為電機(jī)控制領(lǐng)域中的研究熱點之一[1,2]。

現(xiàn)有的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)在中、高速范圍都能達(dá)到理想的控制效果，但是在某些要求較高的低速應(yīng)用場合，如大型礦井的提升機(jī)、數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)以及拉絲機(jī)等一些對低速帶載性能要求較高的場合，無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)還是難以獲得令人滿意的控制性能[3-6]。因此，低速性能已經(jīng)成為衡量一種無速度傳感器控制策略的重要性能指標(biāo)[7]。

目前，全階自適應(yīng)觀測器因其算法通用性好、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)精度較高等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注[8-24]。文獻(xiàn)[8,9]最早提出了基于自適應(yīng)狀態(tài)觀測器的電機(jī)轉(zhuǎn)速估計方案，速度自適應(yīng)狀態(tài)觀測器包含狀態(tài)變量觀測和速度自適應(yīng)環(huán)，觀測器增益和速度自適應(yīng)律決定了觀測器的性能。文獻(xiàn)[10]給出了全階自適應(yīng)觀測器的理論基礎(chǔ)，并根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性理論推導(dǎo)了轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律，對轉(zhuǎn)速和定子電阻同時進(jìn)行在線辨識，但是沒有對反饋增益矩陣的選取以及可能帶來的低速不穩(wěn)定問題進(jìn)行深入研究。文獻(xiàn)[11]提出一種簡化的全階自適應(yīng)觀測器反饋增益矩陣選取方案，并通過引入轉(zhuǎn)矩觀測器減小了轉(zhuǎn)速估算誤差，但是沒有從穩(wěn)定性方面判定使用該反饋增益矩陣的系統(tǒng)能否在全速范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。文獻(xiàn)[12]應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論推導(dǎo)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律，并利用Matlab的LMI工具箱求解得到反饋增益矩陣的表達(dá)式，確保了全階自適應(yīng)觀測器在全速范圍穩(wěn)定工作。文獻(xiàn)[13]在傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器的基礎(chǔ)上，通過穩(wěn)定性條件選取反饋增益矩陣，并加入擾動轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。文獻(xiàn)[14]通過將模糊控制策略引入基于自適應(yīng)觀測器的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，獲得了較好的低速性能。文獻(xiàn)[15]提出一種交互式自適應(yīng)觀測器控制策略，在低速時保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，但存在計算量大的問題。文獻(xiàn)[16,17]在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中采用基于全階自適應(yīng)觀測器的方法估計定子磁鏈，實現(xiàn)了全速域范圍內(nèi)對定子磁鏈的準(zhǔn)確觀測。

為提高基于全階自適應(yīng)觀測器轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)的低速性能，特別是低速帶載性能，本文提出了一種基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制方法，對比文獻(xiàn)[25]提出的“雙參數(shù)模型參考自適應(yīng)”方法，本文所提方法由于引入了電流誤差反饋環(huán)節(jié)，形成了閉環(huán)觀測，使得辨識準(zhǔn)確度更高，且通過觀測器反饋增益矩陣合理調(diào)節(jié)反饋電流誤差，可使觀測器收斂速度更快，動態(tài)性能更好。在本文提出的“雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器”中，將定子電阻在線辨識引入轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)，在低速時有效降低定子電阻變化對轉(zhuǎn)速估計精度的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)Popov超穩(wěn)定性理論對全階自適應(yīng)觀測器進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的反饋增益矩陣選取原則。實驗結(jié)果驗證了算法的有效性，并且系統(tǒng)在低速情況下具有優(yōu)異的帶載能力。

1 基于全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估算原理

全階自適應(yīng)觀測器是一種基于MRAS的自適應(yīng)系統(tǒng)，其主要思想是將感應(yīng)電機(jī)本身看作參考模型，基于電機(jī)狀態(tài)方程設(shè)計一個狀態(tài)觀測器作為可調(diào)模型，根據(jù)參考模型與可調(diào)模型輸出量的誤差，通過設(shè)計合理的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)對可調(diào)模型中的電機(jī)參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)可調(diào)模型與參考模型的輸出相等時，待辨識的電機(jī)參數(shù)就會收斂到實際值，從而達(dá)到最終控制對象的輸出跟蹤參考模型的目的。

1.1 全階自適應(yīng)觀測器

兩相靜止坐標(biāo)系中，選擇電機(jī)定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈作為狀態(tài)變量，感應(yīng)電機(jī)的狀態(tài)方程經(jīng)過狀態(tài)重構(gòu)和狀態(tài)變量誤差反饋校正后得到的狀態(tài)觀測器模型可以表示為[18]

為定子電壓在a、b軸的分量；s、r為定、轉(zhuǎn)子電感；m為互感；s、r為定、轉(zhuǎn)子電阻；為漏磁系

根據(jù)式（1），通過對實測定子電流與估計定子電流求差值，并與狀態(tài)觀測器估計的轉(zhuǎn)子磁鏈一起構(gòu)建自適應(yīng)律，感應(yīng)電機(jī)全階自適應(yīng)觀測器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 感應(yīng)電機(jī)全階自適應(yīng)觀測器

根據(jù)圖1可以看出，全階自適應(yīng)觀測器的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)輸入量為

自適應(yīng)機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)速估計值反饋至觀測器模型實現(xiàn)閉環(huán)控制，同時根據(jù)定子電流實際值與觀測器估計值的誤差，經(jīng)過反饋增益矩陣的加權(quán)作用，得到可調(diào)參數(shù)也作為觀測器的輸入。全階自適應(yīng)觀測器根據(jù)輸入量和上拍估計結(jié)果對本拍狀態(tài)進(jìn)行估計，估計結(jié)果用于下拍觀測器輸入量的計算。此過程使自適應(yīng)機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速估計值逐漸趨近實際值，亦使定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈的估計值接近真實值。

1.2 定子電阻變化影響

對于基于全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)，電機(jī)的溫升會導(dǎo)致定子電阻發(fā)生變化，當(dāng)估算系統(tǒng)中使用的定子電阻值與實際值存在偏差時，會影響觀測器和反饋增益矩陣的準(zhǔn)確程度，導(dǎo)致定子電流估計值的偏差，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)子磁鏈的辨識結(jié)果，最終影響到轉(zhuǎn)速辨識的準(zhǔn)確度。

若將定子電阻作為時變參數(shù)，可得全階自適應(yīng)觀測器的狀態(tài)觀測誤差方程為[13]

對式（3）和式（4）進(jìn)行拉氏變換，可得定子電流觀測值的穩(wěn)態(tài)誤差與定子電阻偏差值之間的關(guān)系式為

其中

由式（5）可知，當(dāng)定子電阻發(fā)生變化時，定子電流觀測誤差與定子電阻偏差成正比，亦即轉(zhuǎn)子速度觀測誤差與定子電阻偏差成正比。在低速條件下，由于定子電阻的偏差導(dǎo)致觀測器和反饋增益矩陣的準(zhǔn)確度下降，使得轉(zhuǎn)子磁鏈估計值對定子電阻的變化敏感，同時使得轉(zhuǎn)速估計誤差所占比重增加，這對基于全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)的控制性能影響很大，此時，定子電阻變化帶來的偏差不可忽略。

2 基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制策略

本文著重研究感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的低速性能，針對定子電阻變化導(dǎo)致傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器出現(xiàn)的估計偏差問題，在估算轉(zhuǎn)速的同時在線辨識定子電阻，用以降低定子電阻變化對系統(tǒng)低速性能的影響，提高系統(tǒng)低速帶載能力，所提出的雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器如圖2所示。

圖2 感應(yīng)電機(jī)雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器

由于定子電阻不會突變，算法對估算值進(jìn)行了濾波時間常數(shù)較大的一階低通濾波，使定子電阻的估算值平滑穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)速指令變化或估計轉(zhuǎn)速振蕩較大時，系統(tǒng)切出定子電阻辨識。

3 基于全階自適應(yīng)觀測器轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

3.1 基于全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速與定子電阻自適應(yīng)律

采用全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，根據(jù)非線性時變反饋通道滿足Lyapunov穩(wěn)定性理論或Popov超穩(wěn)定性理論可以推導(dǎo)出圖2中的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的表達(dá)式分別為

式中，p、i和、分別為自適應(yīng)機(jī)構(gòu)1和2的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)。

然而，上述基于Lyapunov穩(wěn)定性理論或Popov超穩(wěn)定性理論的推導(dǎo)過程都是基于表1所示的假設(shè)條件，若這些假設(shè)條件不成立，則基于全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)就不能保證其穩(wěn)定性。因此，必須通過設(shè)計合理的反饋增益矩陣來保證觀測器及轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的穩(wěn)定。

表1 兩種轉(zhuǎn)速自適應(yīng)律推導(dǎo)的假設(shè)條件

Tab.1 Assumptions for the two derivations of the speed adaptive law

3.2 轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的穩(wěn)定約束條件

根據(jù)感應(yīng)電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系ab軸下的狀態(tài)方程，可以將其數(shù)學(xué)模型在復(fù)平面上表示為

其中

同理，以估計值代替實際值，式（1）中狀態(tài)觀測器模型在ab軸下的狀態(tài)方程可表示為

根據(jù)感應(yīng)電機(jī)和全階自適應(yīng)觀測器的數(shù)學(xué)模型，可以求出狀態(tài)變量的誤差方程為

式（7）的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)1可以表示為

另外，根據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和式（1），誤差方程也可以表示為

其中

根據(jù)以上推導(dǎo)，圖3給出了兩相靜止坐標(biāo)系ab軸下由全階自適應(yīng)觀測器誤差方程構(gòu)成的等效系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖3 轉(zhuǎn)速估計誤差等效結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)拉普拉斯變換定理的微分性質(zhì)，假設(shè)電機(jī)模型和觀測器模型狀態(tài)變量初始狀態(tài)均為零。將式（11）進(jìn)行拉氏變換，在域上展開，得到表達(dá)式

將式（13）解出的磁鏈誤差值代入式（12），可得到電流誤差的表達(dá)式，根據(jù)以上推導(dǎo)的轉(zhuǎn)速估計誤差等效結(jié)構(gòu)框圖，經(jīng)過化簡可以得到線性定常前向通道的傳遞函數(shù)矩陣為

其中

將式（19）轉(zhuǎn)化為

化簡得到

將式（22）中的c稱為臨界頻率，且

3.3 全階自適應(yīng)觀測器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)不穩(wěn)定區(qū)域分析

當(dāng)轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)采用開環(huán)全階自適應(yīng)觀測器觀測轉(zhuǎn)子磁鏈時，反饋增益矩陣，此時，將其代入式（22），可知這個約束條件顯然成立。假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，此時且，在這種工況下約束條件式（22）可以簡 化為

其中

將式（25）代入式（24）得到簡化的基于開環(huán)傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)的穩(wěn)定約束條件為

當(dāng)式（26）中的不等式不成立時，基于開環(huán)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)就會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。例如電機(jī)工作在工況

時穩(wěn)定約束條件就無法滿足。

表2列出了感應(yīng)電機(jī)工作于四象限時基于開環(huán)全階自適應(yīng)觀測器感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。

表2 轉(zhuǎn)速估算穩(wěn)定性分析

Tab.2 Stability property of speed estimation

注：為轉(zhuǎn)差頻率。

4 反饋增益矩陣G的設(shè)計

由第3節(jié)的分析可知，采用閉環(huán)全階自適應(yīng)觀測器可以保證轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)在全速范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。由穩(wěn)定性約束條件式（22）與式（23）可知，

5 實驗

5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文所提算法的原理框圖如圖4所示，為降低死區(qū)效應(yīng)對低速性能的影響，實驗中對其進(jìn)行了補(bǔ)償，在驗證算法正確性的基礎(chǔ)上，本文著重對系統(tǒng)的低速帶載性能進(jìn)行了測試。實驗中感應(yīng)電機(jī)參數(shù)見表3。

圖4 基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制原理框圖

系統(tǒng)的軟件流程主要包括系統(tǒng)初始化、主循環(huán)程序、故障保護(hù)程序、PWM中斷程序等。其中，PWM中斷程序是軟件控制的核心部分，中斷周期125ms，主要完成SVPWM發(fā)生、雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器算法、死區(qū)補(bǔ)償、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與A-D采樣等功能。圖5a和圖5b分別給出了PWM中斷程序和雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器轉(zhuǎn)速估計程序的流程圖。定子電阻估計流程與轉(zhuǎn)速估計類似，只在穩(wěn)態(tài)并且轉(zhuǎn)速估計值穩(wěn)定時切入。

本文采用靜止坐標(biāo)系ab軸下的轉(zhuǎn)子磁鏈分量的反正切值計算出轉(zhuǎn)子磁通相位，再經(jīng)過微分計算得到用于閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速估計值。在實驗中，逆變器的輸出電流中會含有大量噪聲，當(dāng)模擬量經(jīng)過A-D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量時會附加有轉(zhuǎn)換噪聲，因此若直接采用式（7）和式（8）進(jìn)行轉(zhuǎn)速和定子電阻的估算時必須對實測定子電流進(jìn)行低通濾波。

表3 感應(yīng)電機(jī)參數(shù)

Tab.3 Parameters of induction motor

（a）PWM中斷程序 （b）自適應(yīng)全階觀測器算法子程序

圖5 關(guān)鍵部分軟件流程

Fig.5 Flow chart of key software

5.2 全速和低速范圍轉(zhuǎn)速估算實驗驗證

圖6給出了全速范圍內(nèi)采用雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估計結(jié)果。轉(zhuǎn)速波形包括6個階段，分別為系統(tǒng)運(yùn)行30r/min、300r/min、900r/min、1 500r/min、1 200r/min、600r/min，包含了從低速到高速整個范圍內(nèi)的運(yùn)行情況?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)速變化的全范圍過程中，全階自適應(yīng)觀測器的估計轉(zhuǎn)速均能很好地跟蹤給定轉(zhuǎn)速。

圖6 全速范圍轉(zhuǎn)速跟蹤波形

圖7給出了給定轉(zhuǎn)速從-1 500r/min到1 500r/min變化時定子電流和雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器估算轉(zhuǎn)速的響應(yīng)波形?？梢钥闯?，在電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換的過程中，電流波形沒有振蕩和跳變，全階自適應(yīng)觀測器估計轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在過零點可以實現(xiàn)平滑切換。

圖7 正反轉(zhuǎn)切換波形

圖6和圖7估計性能，圖8給出了相應(yīng)的實驗結(jié)果，其中圖8a給出了給定轉(zhuǎn)速從15r/min到150r/min變化時估算轉(zhuǎn)速的響應(yīng)波形。由8a可見，低速時估計轉(zhuǎn)速仍能夠很好地跟蹤給定轉(zhuǎn)速。圖8b給出了給定轉(zhuǎn)速從-150r/min到150r/min變化時的電流波形，可以看出低速情況下感應(yīng)電機(jī)可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)平滑切換，在過零點切換時，電流波形無振蕩和相位突變。

（a）15r/min到150r/min變化時轉(zhuǎn)速波形

（b）150r/min到?150r/min變化時輸出電流與轉(zhuǎn)速波形

圖8 低速范圍實驗波形

Fig.8 Experimental waveforms in low-speed range

以上實驗結(jié)果表明，基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)具有全速范圍內(nèi)的普遍適用性，并且在低速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速估計情況良好。

5.3 低速帶載性能及對比實驗

按照本文設(shè)計確定的反饋增益矩陣，圖9給出了基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的低速運(yùn)行突加負(fù)載的實驗波形，其中，u為定子電流。對于穩(wěn)定運(yùn)行15r/min，突加200%額定負(fù)載；對于穩(wěn)定運(yùn)行9r/min，突加180%額定負(fù)載。系統(tǒng)低速運(yùn)行突加負(fù)載后，實際轉(zhuǎn)速有所跌落，但很快恢復(fù)到穩(wěn)定值，輸出電流u與轉(zhuǎn)矩電流T同時增大，且快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)，表明系統(tǒng)在低速時加載響應(yīng)良好，能快速響應(yīng)負(fù)載變化，15r/min達(dá)到200%的額定轉(zhuǎn)矩，9r/min達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)矩，帶載性能優(yōu)良。

（a）15r/min突加200%額定負(fù)載

（b）9r/min突加180%額定負(fù)載

圖9 低速范圍突加負(fù)載實驗波形

Fig.9 Experimental waveforms with sudden load in low-speed range

為了驗證定子電阻變化對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的影響，本文在程序運(yùn)行的過程中，通過改變?nèi)A自適應(yīng)觀測器算法中用到的定子電阻參數(shù)來模擬感應(yīng)電機(jī)實際定子電阻參數(shù)發(fā)生變化的情況。圖10給出了9r/min運(yùn)行時，突加200%額定負(fù)載，采用傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器和雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的對比實驗波形。圖10a表明，當(dāng)采用傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器時，電機(jī)在突加200%額定負(fù)載后出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，實驗數(shù)據(jù)表明，采用傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)最大只能帶約180%額定負(fù)載。從圖10b可以看出，采用雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器時，突加200%額定負(fù)載后，實際轉(zhuǎn)速有所跌落，但很快恢復(fù)到穩(wěn)定值9r/min，輸出電流與轉(zhuǎn)矩電流同時增大，且快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)。表明系統(tǒng)在9r/min時能快速響應(yīng)負(fù)載的變化，加載動態(tài)響應(yīng)良好，9r/min能達(dá)到200%的額定轉(zhuǎn)矩。實驗結(jié)果表明，與傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器相比，雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器具有更好的低速帶載性能。

（a）傳統(tǒng)全階自適應(yīng)觀測器

（b）雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器

圖10 低速范圍突加負(fù)載對比實驗波形

Fig.10 Experimental comparison waveforms with sudden load in low-speed range

6 結(jié)論

傳統(tǒng)基于全階自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)速估算系統(tǒng)中，反饋增益矩陣的設(shè)計、定子電阻的變化會影響系統(tǒng)的低速性能。本文提出了一種基于雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器的感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器矢量控制策略，可以在觀測器估算轉(zhuǎn)速的同時在線辨識定子電阻。實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的雙辨識參數(shù)全階自適應(yīng)觀測器算法不僅在全速范圍內(nèi)普遍適用，而且在低速時可以有效降低定子電阻變化對轉(zhuǎn)速估計準(zhǔn)確度的影響，具有優(yōu)良的低速帶載性能。

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Low-Speed Performance of Sensorless Vector Control for Induction Motor Based on Two-Parameter Identified Adaptive Full-Order Observer

1,21111

（1. Department of Electrical Engineering Xi’an University of Technology Xi’an 710048 China2. State Key Lab of Electrical Insulation and Power Equipment Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China）

A novel sensorless vector control method for induction motor is proposed, based on two-parameter identified adaptive full-order observer. The system stability is analyzed according to the Popov hyper stability theory. Based on the traditional adaptive full-order observer, the selection principle of feedback gain matrix scheme is studied. And then a proper feedback gain matrix is designed to ensure the system stability in the full speed range. After analyzing the impacts of the stator resistance variation over the speed estimation in low-speed range, the two-parameter identified adaptive full-order observer is designed. The designed observer can identify the rotor speed and stator resistance simultaneously. Therefore, the low-speed performance with load is improved effectively. The experiments have verified the designed observer.

Adaptive full-order observer, two-parameter identified, induction motor, low speed

TM346

尹忠剛 男，1982年生，博士，副教授，研究方向為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)與電力電子變換器數(shù)字化控制。

E-mail: smart860@163.com（通信作者）

張延慶 男，1989年生，博士研究生，研究方向為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)控制策略。

E-mail: zhangyanqing029@163.com

2015-12-10 改稿日期 2016-03-19

國家自然科學(xué)基金（51307139），高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金 (20126118120010)和陜西省工業(yè)攻關(guān)項目（2014K08-30）資助。