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摘要：本文设计了全阶观测器的可调模型来估算异步电机的磁链和速度。通过仿真和试验验证了模型的正确性，结果表明所建立的调速系统具有良好的动态性能。
关键词：异步电动机；全阶观测器；无速度矢量控制
中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
一、引言
本文以全階观测器方案理论为依据，通过MATLAB 搭建仿真平台，仿真结果验证了方案的有效性，并在基于TMS320LF2812的电机控制平台上实现了本方案。实验与仿真结果表明采用全阶观测器的矢量控制动静态性能十分良好，可以在高速和低速稳定运行。
二、异步电机全阶观测器模型
静止参考坐标系下，在异步电机的数学模型中，选择需要观测的变量有：转子磁链和定子电流、定子磁链和转子磁链，以及定子电流和定子磁链等，本文选择电机定子电流、转子磁链作为状态变量，异步电机状态方程【2】：
式中“^”表示观测值，K为误差反馈矩阵，此时我们控制系统设计的观测器就转化为对K增益矩阵的设计。，本设计最重要的问题是观测器的极点配置，为了使观测器具有期望的状态误差收敛速度，我们必须设计合理的K增益矩阵。在ALPHA与BETA静止坐标系下的反电式与转子磁链的叉积构成误差项，利用PID构成的自适应率对速度进行估计，并根据Lyapunov控制理论推导出自适应率，从而观测到电机转速。
三、系统硬件实现原理
图1所示为无速度传感器矢量控制框图，是基于上文论述的全阶观测器算法，其中包含控制系统，变频器，电动机等部分，主功率器件采用英飞凌IGBT器件，控制板芯片为定点DSP TMS320LF2812，系统采用的时钟为122.88MHz。
四、物理实验与计算机仿真结果与分析
本文采用MATLAB S函数和Simulink电力电子模块，仿真实现了上文所述的磁链观测器的算法，模型中IGBT开关频率为8kHz,直流母线电压为540V,电机参数为：2.2KW, 额定转速为1440，额定电流为5.3A ,电机额定电压为380V，电机额定频率为50Hz, 定子漏感抗和转子漏感抗为8.68mH，定子电阻为2.580Ω，互感抗为258.6mH ，转子电阻为1.581Ω 。仿真条件是1S运行。图2所示加50%的额定负载起动时，给定速度为1500转时实际转速与辨识转速图3(a)以及二者的误差图3(b),图3(c)起动转矩波形。从中可以看到整个加速过程中时辨识转速和实际测转速的误差很小，在稳态时误差控制在小于1转的误差。
除了仿真，还在试验平台对基于全阶观测器的无速度矢量控制进行了试验验证，下图中通道1是转矩给定，通道2是母线电压，通道3是输出转速，通道4是输出电流。
从图4中可以看到，在0.5HZ逐渐加满载到15N,可以看出在加载后稳苏精度很好。图5是电机给定1500转突加满载的波形，在1500转突加额定转矩15Nm 时，转速精度可以达到0.5%，响应时间约100ms。从实验波形可以看出全阶观测器法适用与低速0.5Hz和高速50.00Hz,在整个调速范围有很好的跟随性和稳态精度。
五、结束语
本文基于全阶观测器的磁链观测方法应用在矢量控制中，设计了全阶观测器的可调模型来估算异步电机的磁链和速度。利用Matlab 软件构造了按转子磁场定向的无速度矢量控制并实现了系统的仿真，利用全阶磁链观测器的算法在变频器MATLAB仿真平台和物理实验平台上实现了异步机的无速度矢量控制。通过仿真和试验可以看出不管是高速还是低速，电机在稳态时辨识的速度与实际的转速都有很好的跟踪性，磁链观测精度高，收敛速度快，且便于系统实现与应用。
参考文献：
[1]Hisao kubota .DSP-Based speed adaptive flux observer of induction motor [J].IEEE Trans. On IE,1993,29(2):344-348
[2]Jchudi maes. Speed-sensorless direct torque control of induction motors using an adaptive flux observe[J]. IEEE Trans. On IE, on 1A,2000,36(3):778-785
[作者简介]夏梅（1980-），女，助教，现就职于西安汽车科技学院，主要研究方向为电动汽车的控制。
关键词：异步电动机；全阶观测器；无速度矢量控制
中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
一、引言
本文以全階观测器方案理论为依据，通过MATLAB 搭建仿真平台，仿真结果验证了方案的有效性，并在基于TMS320LF2812的电机控制平台上实现了本方案。实验与仿真结果表明采用全阶观测器的矢量控制动静态性能十分良好，可以在高速和低速稳定运行。
二、异步电机全阶观测器模型
静止参考坐标系下，在异步电机的数学模型中，选择需要观测的变量有：转子磁链和定子电流、定子磁链和转子磁链，以及定子电流和定子磁链等，本文选择电机定子电流、转子磁链作为状态变量，异步电机状态方程【2】：
式中“^”表示观测值，K为误差反馈矩阵，此时我们控制系统设计的观测器就转化为对K增益矩阵的设计。，本设计最重要的问题是观测器的极点配置，为了使观测器具有期望的状态误差收敛速度，我们必须设计合理的K增益矩阵。在ALPHA与BETA静止坐标系下的反电式与转子磁链的叉积构成误差项，利用PID构成的自适应率对速度进行估计，并根据Lyapunov控制理论推导出自适应率，从而观测到电机转速。
三、系统硬件实现原理
图1所示为无速度传感器矢量控制框图，是基于上文论述的全阶观测器算法，其中包含控制系统，变频器，电动机等部分，主功率器件采用英飞凌IGBT器件，控制板芯片为定点DSP TMS320LF2812，系统采用的时钟为122.88MHz。
四、物理实验与计算机仿真结果与分析
本文采用MATLAB S函数和Simulink电力电子模块，仿真实现了上文所述的磁链观测器的算法，模型中IGBT开关频率为8kHz,直流母线电压为540V,电机参数为：2.2KW, 额定转速为1440，额定电流为5.3A ,电机额定电压为380V，电机额定频率为50Hz, 定子漏感抗和转子漏感抗为8.68mH，定子电阻为2.580Ω，互感抗为258.6mH ，转子电阻为1.581Ω 。仿真条件是1S运行。图2所示加50%的额定负载起动时，给定速度为1500转时实际转速与辨识转速图3(a)以及二者的误差图3(b),图3(c)起动转矩波形。从中可以看到整个加速过程中时辨识转速和实际测转速的误差很小，在稳态时误差控制在小于1转的误差。
除了仿真，还在试验平台对基于全阶观测器的无速度矢量控制进行了试验验证，下图中通道1是转矩给定，通道2是母线电压，通道3是输出转速，通道4是输出电流。
从图4中可以看到，在0.5HZ逐渐加满载到15N,可以看出在加载后稳苏精度很好。图5是电机给定1500转突加满载的波形，在1500转突加额定转矩15Nm 时，转速精度可以达到0.5%，响应时间约100ms。从实验波形可以看出全阶观测器法适用与低速0.5Hz和高速50.00Hz,在整个调速范围有很好的跟随性和稳态精度。
五、结束语
本文基于全阶观测器的磁链观测方法应用在矢量控制中，设计了全阶观测器的可调模型来估算异步电机的磁链和速度。利用Matlab 软件构造了按转子磁场定向的无速度矢量控制并实现了系统的仿真，利用全阶磁链观测器的算法在变频器MATLAB仿真平台和物理实验平台上实现了异步机的无速度矢量控制。通过仿真和试验可以看出不管是高速还是低速，电机在稳态时辨识的速度与实际的转速都有很好的跟踪性，磁链观测精度高，收敛速度快，且便于系统实现与应用。
参考文献：
[1]Hisao kubota .DSP-Based speed adaptive flux observer of induction motor [J].IEEE Trans. On IE,1993,29(2):344-348
[2]Jchudi maes. Speed-sensorless direct torque control of induction motors using an adaptive flux observe[J]. IEEE Trans. On IE, on 1A,2000,36(3):778-785
[作者简介]夏梅（1980-），女，助教，现就职于西安汽车科技学院，主要研究方向为电动汽车的控制。