无速度传感器异步电机控制的自适应滑模观测器
摘 要:研究了一种用于异步电机控制的自适应滑模观测器。该观测器由两个滑模电流观测器、转子磁链观测器和速度估计部分组成。转子磁链观测器以两个电流观测器和速度观测器的输出作为输入,估计转速反馈到第二个电流观测器和转子磁链观测器。采用Lyapunov理论和Popov超稳定性理论对该方法的稳定性进行验证。该观测器具有设计新颖、对参数变化具有很强的鲁棒性等特点。通过Simulink仿真验证了该观测器的有效性。
关键词:异步电机;自适应滑模观测器; Popov超稳定性理论;无传感器转速控制
0 引 言
无速度传感器的电机转速辨识方法经过许多学者的研究,已经取得了很大的发展。其中,运用较多的方法有动态转速估测器和模型参考自适应系统等方法。动态转速估测器基于动态关系的电机派克方程,从电机的电磁关系式及转速的定义中得到关于转差或转速关系的表达式。此方法直
观性很强,但由于速度的估计对参数的准确性依赖很强,如果缺少误差校正环节,则难以保证系统的抗干扰性,实际运行中容易出现不稳定的情况。模型参考自适应系统(MRAS)在较大调速范围内有着很好的性能,但在低速时受参数变化的影响很大,同时,由于PI控制器需要调节复杂的增益系数,在实施上有一定难度[1-3]。基于模糊逻辑和人工神经网络进行速度估计的方法虽然对参数变化和测量噪声有着良好的鲁棒性和应用前景,但其理论研究还不成熟,且硬件实现有一定难度,离实用化还有一定距离[4-6]。
近几年,自适应的滑模速度观测器引起了许多学者的兴趣[7-14]。滑模观测器在很宽的调速范围内拥有良好的动态性能,对电机的参数也有着很好的鲁棒性,具有良好的应用前景。本文在典型滑模速度观测器的基础上[15]研究了一种自适应的滑模速度观测器。该观测器与普通的速度观测器相比,鲁棒性大大增强。该方法采用两个滑模电流观测器,通过其相互作用使参数变化对磁链估计的影响能明显减小。该方法的稳定性可以通过Lyapunov理论和Popov超稳定性理论证明。
自适应滑模观测器的结构,该观测器由两个滑模电流观测器、转子磁链观测器和速度估计部分组成。转子磁链观测器以两个电流观测器和速度观测器的输出作为输入,估计转速反馈到第二个电流观测器和转子磁链观测器。转子速度观测器以第二个电流观测器和转子磁链观测器的输出作为输入。下面对构成自适应滑模观测器的各个观测器分别进行研究。在使用变结构观测方法的时候,很容易在滑模流形面附近发生系统轨迹的抖振现象,因此有必要在观测器中加入去抖振措施。本文所采用的方法是对切换函数sign(s)进行连续化处理。
本文研究了一种自适应的滑模速度观测器。它采用了两个滑模电流观测器,通过这两个观测器的相互作用,参数变化对磁链估计的影响能明显减小。该观测器与普通的速度观测器相比,鲁棒性大大增强。通过Lyapunov理论和Popov超稳定性理论对该方法的稳定性进行了证明。仿真结果验证了该方法的有效性。
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