本研究提出了一种基于全阶状态滑模观测器的方法,用于精确估计异步电机转子磁场,提高系统的控制性能和稳定性。
由于异步电机转子磁链的直接测量十分困难,通常需要通过间接观测计算获得。根据所用电机模型的不同,有两种较为典型的转子磁链观测计算方法:电流模型法和电压模型法。其中,电流模型法受电机参数影响较大,一般仅用于低速阶段;而电压模型法则因存在积分运算问题,一般用于中高速运行阶段。为了克服直接电压或电流模型法的不足以获得更好的转子磁链定向效果,基于全阶观测器的转子磁链观测方案成为近年来广受关注的研究热点。
文献通过设计全阶状态磁链观测器反馈矩阵,在稳态情况下依据不同的运行转速等效为电压模型磁链观测器或电流模型磁链观测器,并通过控制器参数的选择实现两种模型之间的平滑切换。另一篇文献则根据鲁棒控制理论和线性矩阵不等式综合求取观测器的增益矩阵,力求在全速范围内保证系统的稳定性。然而这两篇文章提出的算法复杂且工程调试困难,难以实际应用。
近年来,扩展卡尔曼滤波等先进控制理论也逐渐被应用于转子磁链观测器的设计中:其中一篇文献提出了一种通过设置两个分别辨识定子电阻和转子电阻的子扩展卡尔曼模型作为输入来提高磁链观测准确性的方法;另一篇则在扩展卡尔曼观测器中加入转子电阻辨识以提高精度,但这种全阶随机观测器比全阶观测器更复杂,工程实现难度更大。
滑模观测器因其简单且鲁棒性强的特点近年来被用于转子磁链的观察之中。然而,滑模观测器存在固有的抖动问题,在频率变化较大的场合中难以应用。