核心提示：　　20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的矢量控制，使得異步電機(jī)的控制性能大大提高。在間接磁場(chǎng)定向的矢量控制中，精確地估計(jì)（或觀測(cè)）轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和角度是問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的磁鏈估計(jì)器有電壓型和電流型兩種。電壓型磁鏈估

　　20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的矢量控制，使得異步電機(jī)的控制性能大大提高。在間接磁場(chǎng)定向的矢量控制中，精確地估計(jì)（或觀測(cè)）轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和角度是問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的磁鏈估計(jì)器有電壓型和電流型兩種。電壓型磁鏈估計(jì)器依賴于定子電阻，而電流型磁鏈估計(jì)器依賴于轉(zhuǎn)子電阻。在電機(jī)運(yùn)行過程中，定轉(zhuǎn)子電阻會(huì)隨著溫升的變化（以及導(dǎo)線的集膚效應(yīng)等）而變化，對(duì)估計(jì)精度影響很大。近年來，很多學(xué)者提出了降低定轉(zhuǎn)子電阻攝動(dòng)對(duì)磁鏈估計(jì)影響的方法。例如，將兩種估計(jì)器配合使用，或者改進(jìn)電壓型估計(jì)器的純積分環(huán)節(jié)，等等。然而，這些改進(jìn)后的磁鏈估計(jì)器中，仍然包含定轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)。

　　本文提出了一種不包含定轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器，換言之，定轉(zhuǎn)子電阻的攝動(dòng)對(duì)磁鏈估計(jì)器的精度影響甚微。本文從新坐標(biāo)系下異步電機(jī)的基本方程出發(fā)，導(dǎo)出了基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器。通過數(shù)字仿真，印證了在定轉(zhuǎn)子電阻大幅度攝動(dòng)時(shí)，該估計(jì)器仍可保持很高的精度。最后，探討了其在間接磁場(chǎng)定向矢量控制中的應(yīng)用，認(rèn)為該方法可用于異步電機(jī)高性能控制中。

　　2基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器在靜止（c）坐標(biāo)系中，寫成矢量形式的異步電動(dòng)機(jī)基本電壓方程和磁鏈方程為中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)子電阻和電感；iV和Vr為轉(zhuǎn)子的電壓矢量、電流矢量和磁鏈?zhǔn)噶浚粸槎ㄞD(zhuǎn)子互感；叫為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　將定子電流矢量的旋轉(zhuǎn)速度記為1.選擇這樣一個(gè)“1-2坐標(biāo)系”，其1軸與4重合，且落后于2軸p/2，并使坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度等于媯。下文中，將以下標(biāo)1、來區(qū)分各個(gè)矢量在1軸和2軸上的投影。

　　在該坐標(biāo)系下，矢量形式的異步電動(dòng)機(jī)的基本電壓和磁鏈方程為因1-2坐標(biāo)系的1軸定向于定子電流矢量is上（如所示），故有：U=|is|，7s2=.據(jù)此，將基本方程（3）、（4）展開，得到可以看到，除了式（5）中的第1式之外，式（5）、（6）中余下的7個(gè)方程均不含Rs，下面的推導(dǎo)中只用到這7個(gè)方程，所以導(dǎo)出的磁鏈估計(jì)器必定不含足。

　　利用式（5）、（6），經(jīng)過簡(jiǎn)單地推導(dǎo)，可得式（7）等號(hào)兩邊同乘以LmW！，則分別與式（9）等號(hào)兩邊，從而得到轉(zhuǎn)子磁鏈2軸分的微分方程假設(shè)￥v20，則可用式（8）除以式（10），得！理后，得到轉(zhuǎn)子磁鏈1軸分量的微分方程或者寫成￥r2=0是系統(tǒng)的一個(gè)奇異點(diǎn)，但只在極個(gè)別情況（如起動(dòng)）下才會(huì)出現(xiàn)。在仿真和實(shí)際工程中，均可以用一個(gè)很小的數(shù)代替￥r2的過零點(diǎn)，而不會(huì)引入太大的誤差。

　　聯(lián)立式（11）和式（13），就可以得到在定子電流矢量定向后的1-2坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子磁鏈的微分方程組，可以簡(jiǎn)潔地表示為1-2坐標(biāo)系中基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)疹下文中稱之為新型磁鏈估計(jì)器“），其原理框圖如所示。

　　與傳統(tǒng)的電壓型和電流型估計(jì)器不同，式（15）構(gòu)成的新型磁鏈估計(jì)器中引入了參數(shù)W1.W1是定子電流矢量的旋轉(zhuǎn)速度，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它與電源的角頻率相等；動(dòng)態(tài)過程中，W1的表達(dá)式為利用霍爾傳感器可以得到精度很高的定子電流值新型磁鏈估計(jì)器電流型估+器新型磁鏈估計(jì)器從和可以看出，由于電流型磁鏈估計(jì)器依賴于轉(zhuǎn)子電阻，因此在電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻發(fā)生攝動(dòng)時(shí)，其估計(jì)結(jié)果出現(xiàn)了很大的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)誤差。而新型磁鏈估計(jì)器不包含轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，因此估計(jì)結(jié)果幾乎不受影響，估計(jì)誤差接近于零。

　　電機(jī)在工頻下開環(huán)運(yùn)行定子電阻增大50%時(shí)，新型磁鏈估計(jì)器與電壓型磁鏈估計(jì)器的估計(jì)誤差如和所示。

　　新型磁鏈估計(jì)器與電壓型磁鏈估計(jì)器的幅值估計(jì)誤差新型磁鏈估計(jì)器與電壓型磁鏈估計(jì)器的角度估計(jì)誤差從和可以看出，由于電壓型磁鏈估計(jì)器依賴于定子電阻，因此在電機(jī)定子電阻發(fā)生攝動(dòng)時(shí)，其估計(jì)結(jié)果出現(xiàn)了很大的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)誤差。而新型磁鏈估計(jì)器不包含定子電阻參數(shù)，因此估計(jì)結(jié)果幾乎不受影響，估計(jì)誤差接近于零。

　　4基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器在矢量控制中的應(yīng)用從前文可知，基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器（新型磁鏈估計(jì)器）在開環(huán)運(yùn)行時(shí)，有著優(yōu)越的性能。驗(yàn)證其開環(huán)性能的主要目的是為了將之用于閉環(huán)控制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。

　　在Matlab/Simulink中建立異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)字仿真，電機(jī)參數(shù)如前所述。

　　仿真時(shí)，本文采用了傳統(tǒng)的間接磁場(chǎng)定向矢量控制新型磁鏈估計(jì)器與電流型磁鏈估計(jì)器的幅值估計(jì)誤差；在電流信號(hào)聲不大時(shí)，跟蹤微分器分信號(hào)。因此，叫可以通過量測(cè)定子電流計(jì)算得到。

　　值得注意的是，在推導(dǎo)過程中，通過定子電流矢量定向避開了參數(shù)Rs，又通過剝離含Rr的項(xiàng)，消去了Rr.最終得到的新型磁鏈估計(jì)器中，Vr1的表達(dá)式略顯復(fù)雜，但以此可換取消除定轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)。引入的新參數(shù)1隱含了定轉(zhuǎn)子電阻對(duì)估計(jì)器的作用，這樣就使得估計(jì)器不顯含定轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，從而大大降低參數(shù)攝動(dòng)對(duì)估計(jì)精度的影響。

　　3數(shù)字仿真及結(jié)果在Matlab/Simulink中，建立電機(jī)及磁鏈估計(jì)器模型。其中，電機(jī)參數(shù)為：Rs載為額定負(fù)載。仿真的初始條件為：t=0時(shí)刻，電機(jī)的電流、磁鏈均為0.電機(jī)在工頻下開環(huán)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子電阻增大100%時(shí)，新型磁鏈估計(jì)器與電流型磁鏈估計(jì)器的估計(jì)誤差如和所示。

　　新型磁鏈估計(jì)器與電流型磁鏈估計(jì)器的角度估計(jì)誤差中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)方案，磁鏈幅值指令為1Wb，轉(zhuǎn)速指令為100prad/s.定轉(zhuǎn)子電阻同時(shí)攝動(dòng)，其攝動(dòng)幅度分別為Mx=50%，MfIOO%.仿真時(shí)，使用同一PI控制器，在轉(zhuǎn)子磁鏈的反饋環(huán)節(jié)中，先后采用電壓型磁鏈估計(jì)器、電流型磁鏈估計(jì)器和新型磁鏈估計(jì)器。

　　三種磁鏈估計(jì)器的估計(jì)值與真值之間的誤差如和所示。

　　電壓型磁鏈估計(jì)器新型磁鏈估計(jì)器電流型磁鏈估計(jì)器轉(zhuǎn)子磁鏈幅值估計(jì)誤差這不是本文要解決的主要問題，所以沒有就此進(jìn)行深入探討，但是通過研究可知，電感參數(shù)攝動(dòng)以及轉(zhuǎn)速計(jì)量誤差不大時(shí)，新型磁鏈估計(jì)器仍可保持良好的性能。如果再加入適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)，則可以較好地抑制這些干擾的影響。

　　本文提出的基于定子電流矢量定向的轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)器不包含定轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，除了在極少數(shù)奇異點(diǎn)之外，均可保持相當(dāng)高的精度。無論是開環(huán)運(yùn)行還是閉環(huán)運(yùn)行，當(dāng)定轉(zhuǎn)子電阻發(fā)生較大幅度變化時(shí)，估計(jì)器性能幾乎不受影響。與傳統(tǒng)的磁鏈估計(jì)器相比，新型磁鏈估計(jì)器在抗擾動(dòng)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。有了轉(zhuǎn)子磁鏈的精確估計(jì)作為基礎(chǔ)，異步電機(jī)矢量控制的關(guān)鍵問題就得到了解決，各種控制策略就能夠更好的發(fā)揮作用，從而實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的高性能控制和運(yùn)行。