核心提示：　　異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，而且很多工業(yè)場合（如電動(dòng)汽車）采用轉(zhuǎn)子磁場定向的控制方式。獲得精確的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)高性能控制的關(guān)鍵，而電機(jī)參數(shù)攝動(dòng)和量測噪聲等不確定性因素會(huì)惡化磁鏈估計(jì)器的性能。因

　　異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，而且很多工業(yè)場合（如電動(dòng)汽車）采用轉(zhuǎn)子磁場定向的控制方式。獲得精確的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)高性能控制的關(guān)鍵，而電機(jī)參數(shù)攝動(dòng)和量測噪聲等不確定性因素會(huì)惡化磁鏈估計(jì)器的性能。因此，抑制擾動(dòng)、提高磁鏈估計(jì)精度是一個(gè)極具實(shí)際意義的問題。

　　最近十年，轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)一直是研究的熱點(diǎn)，主要的方法包括基于電機(jī)模型的方法、信號(hào)分析的方法及現(xiàn)代控制理論的方法，等等。信號(hào)分析的方法往往依賴于電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此通用性較差。現(xiàn)代控制理論，如擴(kuò)張Kalman濾波器（EKF）、模型自適應(yīng)方法（MRAS）、Lyapunov穩(wěn)定性原理等，在轉(zhuǎn)子磁鏈觀測中得到一定的應(yīng)用，但往往難以兼顧誤差收斂速度和參數(shù)敏感性兩個(gè)方面'同時(shí)還要面臨計(jì)算開銷過大的問題。基于電機(jī)模型的方法主要包括U-I法、I-to法和U-co法。U-I法不涉及轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，具有較好的魯棒性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。U-I法的主要不足在于對(duì)定子電阻的攝動(dòng)比較敏感和易發(fā)生積分漂移。近年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于積分環(huán)節(jié)改進(jìn)和定子電阻辨識(shí)的研究，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

　　本文提出了一種改進(jìn)U-I法的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器。首先在基于跟蹤-微分器的電流定向的坐標(biāo)系中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)和定子電阻辨識(shí)，在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)經(jīng)典的U-I法估計(jì)器。改進(jìn)U-I法可以抑制定子電阻攝動(dòng)、量測噪聲積累以及電機(jī)剩磁等不確定因素對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)精度的影響。此外，本文中假定磁路為線性且電感參數(shù)為已知常數(shù)。

　　2電流定向和跟蹤-微分器2.1電流定向異步電機(jī)控制中，常用的坐標(biāo)系有靜止or-，坐標(biāo)系的和磁場定向的d-q坐標(biāo)系。本文提出一種電流定向的新坐標(biāo)系，它在穩(wěn)態(tài)磁鏈估計(jì)和定子電阻辨識(shí)方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

　　異步電機(jī)定子電流在空間合成矢量（，其旋轉(zhuǎn)速度為叫在a）坐標(biāo)系中投影為定義所示的“1-2坐標(biāo)系”，其1軸與同方向，并落后2軸71/2，且坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度等于碼。本文中以下標(biāo)1、2來區(qū)分各矢量在1、2軸上的投影。

　　電流定向的1-2坐標(biāo)系1-2坐標(biāo)系與坐標(biāo)系間電流的變換關(guān)系為和磁鏈也具有同樣的變換關(guān)系。

　　若令人，b=ZL，則異步電機(jī)電磁子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可寫成尺、'為定轉(zhuǎn)子電阻；4、乙為定轉(zhuǎn)子電感；7；=V尺為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；4為定轉(zhuǎn)子互感；供為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　坐標(biāo)系的（也即1）的）旋轉(zhuǎn)速度碼僅與定子電流有關(guān)，若當(dāng)前采樣周期為t則有因量測噪聲的存在，式（4）難以給出高品質(zhì)的微分信號(hào)，而利用跟蹤-微分器（Tracking-Differentiator）可以準(zhǔn)確計(jì)算叫（幻，實(shí)現(xiàn)電流定向，艮P的快速控制最優(yōu)函數(shù)為m jc2，r，/，其中，/冰）為非線性函數(shù)，則離散系統(tǒng)j：！（/：+1）=！（k）+hx2稱作信號(hào)vk）的“跟蹤-微分器（TD）”，其輸出；為vt）的微分。

　　例：給出了信號(hào)：ysinGroWO和y2=sin（2ji從）+vv（A：/i）的微分結(jié)果，其中vv（A）為噪聲。

　　顯然，利用TD得到了高品質(zhì)的的微分，而純微分器放大了3中的噪聲，淹沒了有效信號(hào)。

　　3穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)和定子電阻辨識(shí)除特別說明外，本節(jié)的符號(hào)均基于1-2坐標(biāo)系。

　　基于式（2），消去陪和可得到上兩式不涉及轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，且僅式（8）中包含定子電阻。相對(duì)于電磁子系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，尺隨溫度的變化過程極慢，因此在考察磁鏈方程時(shí)，可近似認(rèn)為兄恒定。

　　磁鏈達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，有則由式（9）可得若令％=（2+）/2，則穩(wěn)態(tài)時(shí)有展開上式，并將轉(zhuǎn)子電壓基本方程代入，可得到t=-Ki￥nin+￥niri）（⑶其中和為轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量，且將上兩式代入式（13），可得求解式（14），便得到％的穩(wěn)態(tài)表達(dá)式由于考慮的是穩(wěn)態(tài)情況，所以式（15）中正負(fù)號(hào)僅取決于坐標(biāo)系中定子電壓Mm、的相位關(guān)系，當(dāng)前！時(shí)，取號(hào)，反之，取“+”號(hào)。所以式（15）可改寫為根據(jù)式（8）可得上兩式分別是穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器和定子電阻辨識(shí)器。穩(wěn)態(tài)磁鏈估計(jì)與磁鏈的初值無關(guān)，不包含定轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)速，僅利用某一穩(wěn)態(tài)時(shí)刻定子電壓電流值即可計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈。這個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)得益于電流定向的使用。4改進(jìn)U-I法轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器除特別說明外，本節(jié)的符號(hào)均基于標(biāo)系。

　　經(jīng)典的U-I法轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器為的）為未知的定子磁鏈初值（或剩磁），圮為定子電阻設(shè)定值，W代表量測噪聲引入的干擾。

　　利用第3節(jié)的結(jié)論，可以改寫式（21）。假定在r時(shí)刻電磁子系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，則根據(jù)式（11）、（16）和（18）可以得到此時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電阻的估計(jì)值，則r時(shí)刻之后轉(zhuǎn)子磁鏈的估計(jì)可寫成WrLl￥s-khh式（22）即為改進(jìn)U-I法轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器。其中、先分別為定子磁鏈和定子電阻在r時(shí)刻的估計(jì)值。

　　式（22）與式（21）相比，有以下三個(gè)方面的改進(jìn)：（1）定子電阻在線辨識(shí)結(jié)果取代了設(shè)定值，減少了定子電阻攝動(dòng)的影響。

　　定子磁鏈穩(wěn)態(tài)估計(jì)值取代了未知的剩磁，使得積分初值更為準(zhǔn)確。

　　r時(shí)刻成為新的積分起點(diǎn)，量測噪聲的積累過程由（0，0縮短為（r，0，可以有效抑制積分漂移。

　　從式（21）、（22）的離散形同樣可以看出這些方面的改進(jìn)，如式（23）、（24）所示。

　　改進(jìn)u-i法的結(jié)構(gòu)框圖，如所示。可以看出，改進(jìn)U-I法具有穩(wěn)態(tài)磁鏈校正（或反饋），具有閉環(huán)的結(jié)構(gòu)。

　　5應(yīng)用與分析69.31mH，定轉(zhuǎn)子電感為L，=Z=71.31mH，定子電阻初始值為=0.4350.用（a）的曲線模擬定子電阻的攝動(dòng)情況。

　　電機(jī)在矢量控制下運(yùn)行，磁鏈和速度指令分別為0.8Wb和2.5Hz.電壓電流信號(hào)含有一定的量測噪聲。（b）給出了的定子電阻辨識(shí)器的辨識(shí)誤差，（c）和（d）分別給出了U-I法和改進(jìn)U-I法磁鏈估計(jì)器的角度估計(jì)誤差和幅值估計(jì)誤差。顯然，U-I法的估計(jì)誤差受到定子電阻攝動(dòng)的影響，同時(shí)隨著噪聲的積累逐漸發(fā)散。而改進(jìn)U-I法磁鏈估計(jì)器在辨識(shí)定子電阻和抑制噪聲積累的基礎(chǔ)上，估計(jì)誤差很小且不會(huì)發(fā)散。

　　定子電阻變化規(guī)律定子電阻辨識(shí)誤差磁鏈角度估計(jì)誤差磁鏈幅值估計(jì)誤差仿真結(jié)果結(jié)束語本文利用跟蹤-微分器建立電流定向的坐標(biāo)系，以此為新的切入點(diǎn)，探討了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)問題，提出了改進(jìn)u-i法。新方法具備定子電阻辨識(shí)能力，可抑制量測噪聲的積累，因此能夠適應(yīng)系統(tǒng)中某些不確定性的擾動(dòng)。魯棒性方面，改進(jìn)U-I法與U-I法相同，優(yōu)于1-）法和U-co法。此夕卜，與EKF、MRAS等方法相比，改進(jìn)U-I法算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)。仿真研究表明，改進(jìn)u-r法精度較高，適用于無速度傳感器的異步電機(jī)控制系統(tǒng)。