張國華

摘 要：因礦山環(huán)境惡劣，礦山電機車速度傳感器經常損壞，可靠性低。本文提出基于交互式模型參考自適應系統（交互式MRAS）礦山電機車速度辨識方法，利用系統參考模型與可調模型偏差計算轉速和定子電阻。結合異步電動機矢量控制系統分析，證明該方案具有速度快、精度高等特點。

關鍵詞：無速度傳感器；礦山電機車；交互式MRAS

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A

交流異步電機已成為礦山運輸主要設備，礦山機車交流傳動系統需轉速閉環(huán)控制。無速度傳感器技術可降低成本，縮小電機體積，降低事故率，適合礦山等不利于安裝速度傳感器的環(huán)境。礦山電機車無速度傳感器技術應用少見，少數成果雖已得到應用，但仍有精度低，誤差大等缺點。無速度傳感器技術有三條思路：①開環(huán)計算轉速；②閉環(huán)構造轉速；③利用電動機結構特征提取轉速信號。常用方法有直接計算法、模型參考自適應法（MRAS）、卡爾曼濾波法等。本文利用交互式MRAS理論實現定子電阻準確辨識，以降低定子電阻變化對轉子磁鏈和轉速估計精度的影響，實現轉速準確估計。該法結構簡單，對電機參數變化魯棒性強。

1 異步電機數學模型

在兩相靜止α-β坐標系下，交流異步電機定、轉子電壓平衡方程如下：

交流異步電機定、轉子磁鏈方程如下：

2 交互式MRAS系統

考慮礦山環(huán)境，電機車適合采用無速度傳感器技術。本文采用結構簡單的交互式MRAS法，并增加電機定子電阻辨識，以增強系統對電機參數變化的魯棒性。

圖1為交互式MRAS原理圖，系統輸入是電機定子重構電壓和定子電流實際值的α、β軸分量，輸出量是電機定子電阻和轉速估計值。

2.1 定子電壓重構

無速度傳感器技術在進行電機磁鏈和轉速估計時，需測量定子電壓電流。因定子電壓多為PWM波，需對電壓進行濾波。一種比較實用的方法是利用直流母線電壓和PWM開關函數重構定子電壓。逆變器在一個開關周期內輸出電壓重構公式如下：

其中，uan、ubn、ucn為定子相電壓，Vdc為直流母線電壓，s1、s2、s3、為開關器件在一個開關周期內的給定瞬時相電壓占空比。

2.2 轉速和定子電阻辨識

基于轉子磁鏈模型MRAS法有三方面問題：①低速時精度低。因礦山電機車較少工作于低速范圍，這點不作重點考慮。②轉子磁鏈電壓中含有的定子電阻受繞組溫度和集膚效應影響會發(fā)生較大變化，影響磁鏈觀測精度。準確定子電阻辨識可解決此問題。③電壓轉子磁鏈模型中純積分環(huán)節(jié)會產生直流漂移和初始值問題?？捎玫屯V波代替純積分環(huán)節(jié)，或用反電動勢模型和無功功率模型代替?zhèn)鹘y轉子磁鏈模型。低通濾波可抑制直流漂移，但有直流成分，且有相位誤差；反電動勢模型易受電機漏感變化影響，可在反電動勢模型基礎上，定義新變量：

可見，模型中不含有電機漏感和純積分環(huán)節(jié)，因此可有效解決傳統電壓模型純積分問題，且不易受電機漏感變化影響。如圖1所示，因式（7）不含速度信號，式（8）不含定子電阻項。因此，系統以式（7）作為參考模型，式（8）作為可調模型計算電機轉速；再以式（8）為參考模型，式（7）為可調模型計算定子電阻。在參考模型準確的前提下，通過選擇合適的PI自適應律，可使轉速和定子電阻估計值收斂于真實值。

結語

用基于交互式MRAS的礦山電機車速度辨識方法，替代速度傳感器。本文選擇結構簡單的交互式MRAS理論實現轉速和定子電阻的準確辨識，增強系統對電機定子電阻變化的魯棒性。

參考文獻

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