周喆　吳俊

【摘 要】為了改善感應(yīng)電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的低速性能，基于感應(yīng)電機的靜止兩相數(shù)學(xué)模型，采用自適應(yīng)狀態(tài)觀測器對轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行直接觀測，利用極點配置方法給出了觀測器的反饋增益矩陣，減小了觀測磁鏈對電機參數(shù)的依賴性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性由Lyapunov理論得以保證。最后，利用MATLAB搭建了仿真平臺，仿真結(jié)果表明磁鏈觀測誤差小，在較寬速度范圍內(nèi)系統(tǒng)均穩(wěn)定，驗證了該方法的有效性和自適應(yīng)性。

【關(guān)鍵詞】感應(yīng)電機；無速度傳感器控制；自適應(yīng)觀測器；MATLAB仿真

【Abstract】In order to improve the performance of sensorless vector control system at low speed for induction motor， an adaptive state observer based on the stationary reference frame is put forward to estimate the flux and rotor speed. The feedback gain matrix of the observer based on the pole placement method is designed to reduce the reliability to the motor parameters， and the stability of the system is guaranteed by Lyapunov theory. Finally， the simulation platform is built by using MATLAB and the simulation results show that the flux observation error is small and the system is stable in a wide speed range， and the effectiveness and adaptability of the method are verified..

【Key words】Induction motor； Sensorless control； Adaptive observer； Matlab simulation

0 引言

為了獲得高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，通常需要采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，但是在電機軸上安裝速度傳感器需要保證較好的同軸度，否則將影響測速的精度。所以，無速度傳感器矢量控制（Speed Sensorless Vector Control）成為了當(dāng)前交流電機控制領(lǐng)域的一個研究熱點。這類系統(tǒng)的關(guān)鍵是在沒有傳感器的情況下獲得電機的轉(zhuǎn)速信號，主要問題是改善低速性能和擴展調(diào)速范圍。針對如何改善調(diào)速系統(tǒng)的低速性能問題[8]，現(xiàn)在已經(jīng)提出了許多方法，但都不能解決根本問題。要想從實質(zhì)上解決調(diào)速系統(tǒng)的低速性能，擴展調(diào)速范圍，必須摒棄感應(yīng)電機的電壓模型和電勢計算，找到一種與它們無關(guān)的計算方法。采用基于定子電流的模型參考自適應(yīng)法（MRASCC）[9]和全階觀測器（NFO）[7]，它們以電動機本身作為參考模型，通過比較實際測量得到的定子電流實際值和用電動機模型算出的定子電流模型值，再經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)速觀測信號。這兩種方法都改善了電機的低速性能并擴展了電機的調(diào)速范圍。

本文僅討論全階自適應(yīng)觀測器法，其關(guān)鍵問題是反饋增益矩陣G的確定，G的取值對磁鏈觀測精度、動態(tài)性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響極大。本文參考文獻(xiàn)[7]的增益矩陣求解方法：先將觀測器的極點相對于電機極點在復(fù)平面上左移一個常數(shù)距離，由于只改變了極點的實部，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了提高，但增益矩陣中仍然包含估計轉(zhuǎn)速，因此不可避免地受到轉(zhuǎn)速估計誤差的影響，作者提出一種簡化算法，即令ω→∞，相應(yīng)的增益矩陣變?yōu)槌?shù)，便于實現(xiàn)。

1 感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型

若選擇合適的增益矩陣G使得式（8）右邊第一項為負(fù)半定，則轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測器是穩(wěn)定的。為了加速轉(zhuǎn)速估計器的響應(yīng)速度，通常轉(zhuǎn)速估計采用比例積分的自適應(yīng)方案，如下：

3 仿真結(jié)果

仿真模型如圖2所示。仿真參數(shù)如下：各個PI調(diào)節(jié)器選定的參數(shù)為，APSIR：Ki=100，Kp=500；ASR：Ki=2，Kp=25，轉(zhuǎn)速觀測器PI調(diào)節(jié)參數(shù)為Ki=2，Kp=2500。

圖3波形分析：電機啟動后0.05s左右進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，定子電流基本上為正弦波，但含有一定的諧波分量（存在毛刺）。圖4波形分析：電機啟動后0.05s左右進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)給定轉(zhuǎn)速為100r/min時，給定轉(zhuǎn)子磁鏈幅值為1Wb時，而觀測值約為0.98Wb，最大觀測誤差約0.02Wb，誤差較小。圖5波形分析：空載階段，觀測轉(zhuǎn)速約為100r/min，實際轉(zhuǎn)速約為105r/min，觀測誤差約為-5r/min，誤差大約為5%；0.2s時加入負(fù)載后，在0.23s左右再次穩(wěn)定，觀測轉(zhuǎn)速約為97r/min，實際轉(zhuǎn)速約為101r/min，觀測誤差約為-4r/min，誤差大約為4%。

4 結(jié)論

當(dāng)采用自適應(yīng)觀測器對轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行觀測時，給定轉(zhuǎn)速為100r/min時，電機啟動后0.05s左右便進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，磁鏈觀測效果很好，最大觀測誤差約0.02Wb，轉(zhuǎn)速觀測的誤差約為-5r/min，誤差較小，但轉(zhuǎn)速子啟動過程中的跟蹤效果不是很好，且超調(diào)較大，振蕩較為嚴(yán)重。仿真結(jié)果表明該觀測器在低速時估計轉(zhuǎn)速能夠比較準(zhǔn)確的跟蹤實際轉(zhuǎn)速。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李華德.電力拖動控制系統(tǒng)（運動控制系統(tǒng)）[M].北京：電子工業(yè)工業(yè)出版社，2006：162-222.

[2]阮毅，陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009：156-189.

[3]李永東.交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：177-201.

[4]周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M].北京：中國電力出版社，2007：234-272.

[5]洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：190-212.

[6][美]博斯（Bose，B.K.）.現(xiàn)代電力電子學(xué)與交流傳動[M].王聰，等，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2005：311-321.

[7]張永昌，趙爭鳴.基于自適應(yīng)觀測器的異步電機無速度傳感器模糊矢量控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2010，25（3）：40-47.

[8]馬小亮.怎樣才能擴展IM無轉(zhuǎn)速傳感器VC系統(tǒng)的調(diào)速范圍[J].電氣傳動，2011（01）：3-8.

[9]T. Orlowska-Kowalska， M. Dybkowski. stator-current-based MRAS estimator for a wide range speed-sensorless induction-motor drive[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2010， 57（4）： 1296-1308.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

強化民主管理，就是要建立一整套科學(xué)、規(guī)范和完善的民主管理運行機制，以民主管理推進(jìn)整體工作。一是，要進(jìn)一步完善“教代會”、“職代會”制度，使“教代會”、“職代會”真正成為反映廣大教職工訴求、凝聚廣大教職工人心的可靠平臺。學(xué)校重大事項應(yīng)當(dāng)依法通過“教代會”、“職代會”決策，涉及教職工切身利益的重大問題，都必須通過“教代會”、“職代會”討論表決通過。要提升工會和教代會的影響力，促進(jìn)依法治校的制度約束，提高依法依規(guī)管理工會的能力和水平，發(fā)揮工會維護(hù)教職工權(quán)益的作用。二是，完善校務(wù)公開制度。校務(wù)公開是教職工代表大會在閉會期間教職工行使民主權(quán)利的有效形式，能夠促進(jìn)教職工代表大會制度的完善、鞏固和提高。

推進(jìn)高校工會法治化建設(shè)是實現(xiàn)依法治國對工會工作的必然要求，也是維護(hù)教職工合法權(quán)益的必然要求。隨著我國法治化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，運用法治思維和法治方式解決問題、處理矛盾已成為社會發(fā)展的必然。因此，工會組織一定要在工作中始終貫徹這一指導(dǎo)思想，樹立依法維權(quán)、依法履職的觀念，切實維護(hù)廣大教職工的合法權(quán)益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃羨琳.論“工會法治化”的中國特色社會主義工會制度發(fā)展新途徑[J].社會保障研究，2011（5）.

[2]《中華人民共和國工會法》第2條規(guī)定：“中華全國總工會及其各工會組織代表職工的利益，依法維護(hù)職工的合法權(quán)益?！薄皡⑴c協(xié)調(diào)勞動關(guān)系和調(diào)解勞動爭議，與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面建立協(xié)商制度，協(xié)商解決涉及職工切身利益問題。幫助和指導(dǎo)職工與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面簽訂和履行勞動合同，代表職工與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面簽訂集體合同或者其他專項協(xié)議，并監(jiān)督執(zhí)行。”

[3]《中國工會章程》第28條規(guī)定：“參與協(xié)調(diào)勞動關(guān)系和調(diào)解勞動爭議，與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面建立協(xié)商制度，協(xié)商解決涉及職工切身利益問題。幫助和指導(dǎo)職工與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面簽訂和履行勞動合同，代表職工與企業(yè)、事業(yè)單位行政方面簽訂集體合同或者其他專項協(xié)議，并監(jiān)督執(zhí)行。”

[4]《工會法》第14條：“中華全國總工會、地方總工會、產(chǎn)業(yè)工會具有社會團(tuán)體法人資格。基層工會組織具備民法通則規(guī)定的法人條件的，依法取得社會團(tuán)體法人資格?！?/p>

[5]《工會法》第六條：“維護(hù)職工合法權(quán)益是工會的基本職責(zé)。工會在維護(hù)全國人民總體利益的同時，代表和維護(hù)職工的合法權(quán)益。”

[責(zé)任編輯：王偉平]