對于高性能的磁場定向控制系統(tǒng),，速度閉環(huán)是必不可少的,，轉(zhuǎn)速閉環(huán)需要實(shí)時的電機(jī)轉(zhuǎn)速，目前速度反饋量的檢測多是采用光電脈沖編碼器,、旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī),。但是，許多場合下不允許安裝任何速度傳感器,，此外安裝速度傳感器在一定程度上降低了系統(tǒng)的可靠性,。因此，無速度傳感器控制的高性能通用變頻器是當(dāng)前全世界自動化技術(shù)和節(jié)能應(yīng)用中受到普遍關(guān)心的產(chǎn)品和開發(fā)課題,。無速度傳感器磁場定向矢量控制技術(shù)的核心是如何準(zhǔn)確的獲取磁場定向角以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息,。2000年，日本電氣學(xué)會調(diào)查了日本各大電氣公司生產(chǎn)的無速度傳感器控制的通用變頻器,，把無速度傳感器控制方式分為4類：定子電流轉(zhuǎn)矩分量誤差補(bǔ)償法,；感應(yīng)電動勢計(jì)算法；模型參考自適應(yīng)(MRAS)法,；轉(zhuǎn)子磁鏈角速度計(jì)算法,。其中感應(yīng)電動勢計(jì)算法和轉(zhuǎn)子磁鏈角速度計(jì)算法是基于電機(jī)數(shù)學(xué)模型來計(jì)算轉(zhuǎn)速，屬于開環(huán)計(jì)算轉(zhuǎn)速,，轉(zhuǎn)速計(jì)算的精確度容易受到干擾,，而定子電流轉(zhuǎn)矩分量誤差補(bǔ)償法與MRAS法是基于閉環(huán)控制作用構(gòu)造轉(zhuǎn)速，可以抑制這種干擾,。定子電流轉(zhuǎn)矩分量誤差補(bǔ)償法結(jié)構(gòu)簡單,，已在一些變頻器產(chǎn)品中得到應(yīng)用，但所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確性欠佳,。MRAS法則基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測電壓模型與電流模型構(gòu)造轉(zhuǎn)速辨識模型,，算法簡單，能實(shí)時跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,。在此結(jié)合應(yīng)用SVPWM技術(shù)構(gòu)建了轉(zhuǎn)子磁場定向無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，采用MRAS法得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速辨識模型,，對速度進(jìn)行估算,。利用Matlab／Simulink對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的性能,。

　　l 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估算

　　1．1 轉(zhuǎn)子磁鏈的估算

　　在轉(zhuǎn)子磁場定向異步電機(jī)元速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中,，轉(zhuǎn)子磁鏈難以直接測量。實(shí)際采用的是其觀測值,，只有當(dāng)觀測值與實(shí)際值相等時,，才能達(dá)到矢量控制的有效性。因此,，準(zhǔn)確的獲得轉(zhuǎn)子磁鏈值是實(shí)現(xiàn)矢量控制的關(guān)鍵,。

　　按轉(zhuǎn)子磁場定向異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型可推導(dǎo)出磁鏈的計(jì)算公式如下(推導(dǎo)過程略),，其中磁鏈的估算包括其幅值和角度。

　　式中：ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈,；ωs為轉(zhuǎn)差角速度,；ωr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；isd,，isq為定子d,，q軸電流；Tr為轉(zhuǎn)子時間常數(shù),，Tr=Lr／Rr,，Lm為定轉(zhuǎn)子互感；Lr為轉(zhuǎn)子電感,；Rr為轉(zhuǎn)子電阻,；θ為磁鏈角度，P=du／dt,。

　　1．2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估算

　　采用MRAS方法對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì),。基本思想是：在異步電機(jī)兩相靜止坐標(biāo)系下,，以不含有轉(zhuǎn)速變量的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測電壓模型為參考模型,，含有轉(zhuǎn)速變量的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測電流模型為可調(diào)模型，利用波波夫超穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)辨識規(guī)律,，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì),。異步電機(jī)兩相靜止α，β坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型如下兩式所示：

　　式(2)不含有轉(zhuǎn)速變量,，作為參考模型,，式(3)含有轉(zhuǎn)速變量作為可調(diào)模型。在設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)律時,，將電流模型轉(zhuǎn)速變量看成常數(shù)作為參考模型,，式(3)作為并聯(lián)估計(jì)模型：從而得到誤差方程：

　　依據(jù)波波夫超穩(wěn)定性理論求解穩(wěn)態(tài)誤差，設(shè)計(jì)出比例加積分的自適應(yīng)律為：

　　式中：ki,，kp為可調(diào)系數(shù),；ω0為給定估算轉(zhuǎn)速初值，可以任意給定,，取ω0=0,。至此，構(gòu)建出基于模型參考自適應(yīng)方法的轉(zhuǎn)速辨識模型,。

　　2 仿真模型的建立

　　異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)如圖1所示,，主要包括三相異步電機(jī)模塊，SVPWM模塊，PI模塊,，坐標(biāo)變換模塊,，轉(zhuǎn)子磁鏈估算模塊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估算模塊,，逆變器模塊等,。該系統(tǒng)主電路采用SVPWM調(diào)制逆變器，控制電路中,，給定轉(zhuǎn)速與估算轉(zhuǎn)速經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩,，與估算磁鏈值計(jì)算得到電流isq，經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器,，再經(jīng)過PARK逆變換得到兩相靜止電壓,，經(jīng)過SVPWM調(diào)制，控制逆變器電壓輸出,，進(jìn)而控制三相異步電機(jī),。SVPwM控制的基本思想是將電機(jī)與逆變器看成一個整體，最終在電機(jī)內(nèi)部形成圓形磁場,，以達(dá)到更好的控制效果,，SVPWM控制的仿真模型如圖2所示。

　　異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈依據(jù)式(1)估算,，仿真模型如圖3所示,。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估算模型如圖4所示，依據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測電壓模型與電流模型,，采用MRAS法辨識,。在仿真調(diào)試過程中，加入一階傳函近似為低通濾波器,，對輸出估算轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理,。仿真結(jié)果有明顯的改善。

　　3 仿真結(jié)果分析

　　無速度傳感器矢量控制仿真系統(tǒng)所采用電機(jī)的參數(shù)為：Pn=2．2 kW,，Rs=O．435Ω,，Rr=O．816Ω，Lm=0．0693H,，L1s=L1r=0．002H,，轉(zhuǎn)動慣量J=O．02kg·m2，極對數(shù)Np=1,。電機(jī)空載運(yùn)行，初始給定速度為120 rad／s,，當(dāng)t=O．5s時,，改變速度為60 rad／s。在啟動時,，當(dāng)t=O.1-2s時,，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就達(dá)到了穩(wěn)定,，當(dāng)給定速度在t=O．5s時發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速輸出在t=O．56s時再次達(dá)到穩(wěn)定,，仿真結(jié)果如圖5所示,。

　　從仿真結(jié)果圖可以看出該系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，能實(shí)時跟蹤電機(jī)實(shí)際速度的變化,。

　　4 結(jié)語

　　基于MRAS方法構(gòu)建異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速辨識模型,，與SVPWM技術(shù)相結(jié)合，在Matlab／Sireulink環(huán)境下設(shè)計(jì)出異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng),。通過計(jì)算機(jī)仿真,，驗(yàn)證了該系統(tǒng)能夠?qū)崟r辨識電機(jī)轉(zhuǎn)速，具有良好的動態(tài)性能,，對實(shí)際工程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)具有一定的理論指導(dǎo)意義,。但在電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，電機(jī)參數(shù)會隨著運(yùn)行環(huán)境的變化而發(fā)生改變,，這時電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈與速度的估算就會不準(zhǔn)確,，因而在對實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用研究中，有必要對轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行在線辨識,，從而準(zhǔn)確估算出轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)速,。為了提高無速度傳感器控制系統(tǒng)的性能，對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時辨識是今后研究的一個方向,。