异步电机无位置传感器控制设计文献综述

 2022-11-01 14:17:11
  1. 文献综述（或调研报告）：

异步电机无位置传感器控制设计首先要进行定子磁链的观测，在此基础上估计转子的转速和位置，最后用估计得的定子磁链和转子转速及位置进行控制，控制的基本策略采用直接转矩控制。具体综述如下：

  1. 异步电机定子磁链观测器：

异步电机的定子磁链观测，是实现直接转矩控制的关键，传统的定子磁链观测模型主要有模型，模型和模型[1]。

目前模型在直接转矩控制系统中的应用广泛，其磁链估计原理如下：

因为其只涉及定子电阻，鲁棒性强。但是实际应用中该模型存在一定的问题，一是定子电阻非固定值，其变化会使观测出现误差，二是积分器存在直流偏移和误差累计的问题。为了克服模型的缺点，学者们设计了多种改进的方法，比如文献[3]分析了直接转矩控制中定子电阻变化的影响，并采用了模糊控制器和PI调节对定子电阻进行在线辨识；文献[4]利用神经网络的学习功能辨识定子电阻；文献[5]使用带补偿的可编程低通滤波器对定子磁链进行估计，在高速和低速时均有良好表现；文献[6]在积分器的基础上，提出三种改进的结构，有效克服了积分器的直流偏差的问题。

此外，也有学者采用全阶磁链闭环观测器对定子磁链进行控制[2]，虽然需要知道电机全面参数，但对参数变化表现出良好的鲁棒性。

  1. 异步电机无位置传感器转子转速位置估计：

无位置传感器技术发展初期是根据电机稳态模型推导出滑差频率的表达式，其基于稳态方程的特点导致调速范围小，动态性能差。之后有学者根据异步电机动态模型设计出电机的动态速度估计器，文献[7]对通常采用的几种速度估计方法进行了总结，包括开环观测器法，模型参考自适应法，神经网络法等。除上述方法外，有学者使用扩展卡尔曼滤波器进行了无位置传感器控制[8]。

  1. 异步电机直接转矩控制策略（DTC）：

直接转矩控制自上世纪八十年代中期提出以来，因其结构简单，且依赖参数少等特点，获得了快速发展。到目前，直接转矩控制有如下几种实现方案[9]：查表法DTC，直接自控制DSC，SVM-DTC等。其中查表法最简单；DSC开关频率低转矩响应快，多用于大功率的传输系统中；SVM-DTC采用电压矢量控制可以达到恒定的开关频率。此外，直接转矩控制中转矩的参考值通常由转速环产生，而磁链的参考值调整的原则是使电机的效率更高[10].

参考文献：

  1. 孙振川. 异步电机直接转矩控制理论和技术的研究[D].山东大学,2008.
  2. 李磊. 异步电机无速度传感器直接转矩控制系统的研究与实践[D].南京航空航天大学,2001.
  3. Mir S, Elbuluk M E, Zinger D S. PI and fuzzy estimators for tuning the stator resistance in direct torque control of induction machines[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 1998, 13(2): 279-287.
  4. Cabrera L A, Elbuluk M E, Husain I. Tuning the stator resistance of induction motors using artificial neural network[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 1997, 12(5): 779-787.
  5. Shin M, Hyun D, Cho S. An improved stator flux estimation for speed sensorless stator flux orientation control of induction motors[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2000, 15(2): 312-318.
  6. Hu J, Wu B. New integration algorithms for estimating motor flux over a wide speed range[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 1998, 13(5): 969-977.
  7. Elloumi M, Ben-Brahim L, Al-Hamadi M. Survey of Speed Sensorless Controls for IM drives[C]. Proceedings of the 24th Industrial Electronics Society, 1998: 1018–1023.
  8. Kim Y, Sul S, Park M. Speed sensorless vector control of induction motor using extended Kalman filter[J]. IEEE Transactions On Industry Applications, 1994, 30(5): 1225-1233.
  9. Buja G, Kazmierkowski M. Direct torque control of PWM inverter-fed ac motors—a survey[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2004, 51(4): 744-757.
  10. Kaboli S, Zolghadri M, Emadi A. A fast flux search controller for DTC based induction motor drives[C]. IEEE 3th Power Electronics Specialists Conference, 2005: 739-744.

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