无速度传感器控制与智能控制
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
2. 利用定子磁场定向轴系估计转速
将转子电压矢量方程(6-6)改写成
dψr dt
Lm Tr
is
ψr Tr
jωr ψ r
将式(6-7)和式(6-9)代入式(6-15)，可得
(6-15)
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
由式(6-2)，可得
将式(6-5)代入式(6-4)，则有
ir
1 Lr
(ψr
Lmis )
(6-5)
ωr
dψ r dt
1 Tr
ψr
jψ r
Lm Tr
is
(6-6)
式中，定子电流 is 可取实测值，除此之外，还需要知道转子磁链矢量 ψ r 及其
微分 dψr dt 。
由式(6-1)和式(6-2)，可求得
由式(6-3)，可得
diQ dt
dt
(6-9)
(6-10) (6-11) (6-12) (6-13) (6-14)
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
此方法很适合基于转子磁场定向的矢量控制，因为若采用 直接磁场定向的控制方式，必须先要估计转子磁链矢量 ψ r 。
实际上，由式(2-146)和式(2-147)可得到式(6-13)和式(6-14)， 因此在采用电压-电流模型估计 ψ r 时，可直接利用其运算结果 ψd 和 ψq 来同时求取 ωr 。
6.1 基于数学模型的开环估计
6.1.1 三相感应电动机转速估计 6.1.2 三相永磁同步电动机转子位置估计
6.1.1 三相感应电动机转速估计
1. 利用 ABC 轴系定、转子电压矢量方程估计转速
已知在静止 ABC 轴系中，定、转子磁链和电压矢量方程为
ψs Lsis Lmir
(6-1)
ψr Lmis Lr ir
现代电机控制技术
第6章 无速度传感器 控制与智能控制
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
第 6 章 无速度传感器控制与智能控制
6.1 基于数学模型的开环估计 6.2 模型参考自适应系统 6.3 自适应观测器 6.4 扩展卡尔曼滤波 6.5 智能控制应用举例
高精度、高分辨率的速度和（或）位置传感器（例如光电编码器等），价格 昂贵，不仅提高了伺服系统的成本，还限制了伺服驱动装置在恶劣环境下的应用。
ψs
LsisM
(6-19)
式中，isM 是以定子磁场定向 MT 轴系表示的定子电流矢量。式(6-19)左端表 示为
uM
juT
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
e
js
在已知定子电压和电流以及相位 s 后，由式(6-19)可求取 uM 和 uT
uM
ψs Tr
ωr LsiT
uT ωr ψs L编siM辑ppt
图 6-1 为估计 ωr 的框图。
(6-20)
(6-21) (6-22)
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
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图6-1 由定子磁场定向轴系估计ωr
现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
可由式(6-21)或式(6-22)求得转子速度 ωr 。现用式(6-22)来估计 ωr ，即
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
由于 MT 轴系沿定子磁场定向， ψs 在 T 轴方向上的分量 ψT 0 ，则有
ψse js ψM jψT ψs
(6-18)
于是，式(6-17)可变为
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
e
j
Байду номын сангаас
s
ψs Tr
jωr
在实际估计中，常用式(6-6)在静止 DQ 轴系中的分量形式，即
式中
ωr
dψd dt
ψd Tr ψq
Lm Tr
iD
ψd
Lr Lm
(ψD
LsiD )
ψD (uD RsiD )dt
dψ d dt
Lr Lm
u D
RsiD
Ls
diD dt
ψq
Lr Lm
u Q
编Rs辑iQppt Ls
ψr
Lr Lm
(ψs
Lsis )
(6-7)
ψs (us R编s辑isp)dptt
(6-8)
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
由式(6-7)和式(6-8)，可得
dψ r dt
Lr Lm
dψs dt
Ls
dis dt
Lr Lm
us
Rsis
Ls
dis dt
根据 us 和 is 的测量值，由式(6-7)～式(6-9)可计算出 ψ r 和 dψr dt 。
运用无速度传感器控制技术，可以在线估计电动机的速度和位置，从而省去 了传感器。运用本章提到的估计方法，还可在线观测磁链等物理量和辨识电阻、 电感等参数，由前分析可知，这也是矢量控制和直接转矩控制不可或缺的。
电机现代控制技术一个重要内容是智能编控辑p制pt，本章最后对此做了简要介绍。
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
计 ψs 和 s 。
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
6.1.2 三相永磁同步电动机转子位置估计
ωˆ r
ψs
uT LsiM
(6-23)
此方法很适合基于定子磁场定向的矢量控制。定子磁场矢量控制本身就
需要利用“定子磁链模型”来估计定子磁链矢量的幅值 ψs 和空间相位 s ，为
估计 ψs 和 s ，同时要检测定子电压和电流。这样，在估计定子磁链矢量 ψs
的同时，可以方便地由式(6-20)和式(6-22)或者式(6-20)和式(6-21)求得 ωr 。 此方法也适合于直接转矩控制，因为在直接转矩控制中，原本就需要估
ψs Tr
jωr (ψs
Lsis )
(6-16)
方程(6-16)是以静止 DQ 轴系表示的，现将其变换到沿定子磁场定向的
MT 轴系中，则有
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
e
j s
1 Tr
ψs e js
jωr (ψse js
Lsise js )
(6-17)
式中， s 是 ψs 在静止 DQ 轴系中的空间相位。
(6-2)
us
Rs is
dψs dt
(6-3)
0
Rr ir
dψ r dt
jωrψr
(6-4)
转子电压矢量方程中含有转子速度 ωr ，因此可用来获取转子速度信息，但是
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方程中有转子电流矢量 ir ，它是不可测量的，为此要将 ir 从方程中消去。
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
2. 利用定子磁场定向轴系估计转速
将转子电压矢量方程(6-6)改写成
dψr dt
Lm Tr
is
ψr Tr
jωr ψ r
将式(6-7)和式(6-9)代入式(6-15)，可得
(6-15)
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
由式(6-2)，可得
将式(6-5)代入式(6-4)，则有
ir
1 Lr
(ψr
Lmis )
(6-5)
ωr
dψ r dt
1 Tr
ψr
jψ r
Lm Tr
is
(6-6)
式中，定子电流 is 可取实测值，除此之外，还需要知道转子磁链矢量 ψ r 及其
微分 dψr dt 。
由式(6-1)和式(6-2)，可求得
由式(6-3)，可得
diQ dt
dt
(6-9)
(6-10) (6-11) (6-12) (6-13) (6-14)
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
此方法很适合基于转子磁场定向的矢量控制，因为若采用 直接磁场定向的控制方式，必须先要估计转子磁链矢量 ψ r 。
实际上，由式(2-146)和式(2-147)可得到式(6-13)和式(6-14)， 因此在采用电压-电流模型估计 ψ r 时，可直接利用其运算结果 ψd 和 ψq 来同时求取 ωr 。
6.1 基于数学模型的开环估计
6.1.1 三相感应电动机转速估计 6.1.2 三相永磁同步电动机转子位置估计
6.1.1 三相感应电动机转速估计
1. 利用 ABC 轴系定、转子电压矢量方程估计转速
已知在静止 ABC 轴系中，定、转子磁链和电压矢量方程为
ψs Lsis Lmir
(6-1)
ψr Lmis Lr ir
现代电机控制技术
第6章 无速度传感器 控制与智能控制
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
第 6 章 无速度传感器控制与智能控制
6.1 基于数学模型的开环估计 6.2 模型参考自适应系统 6.3 自适应观测器 6.4 扩展卡尔曼滤波 6.5 智能控制应用举例
高精度、高分辨率的速度和（或）位置传感器（例如光电编码器等），价格 昂贵，不仅提高了伺服系统的成本，还限制了伺服驱动装置在恶劣环境下的应用。
ψs
LsisM
(6-19)
式中，isM 是以定子磁场定向 MT 轴系表示的定子电流矢量。式(6-19)左端表 示为
uM
juT
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
e
js
在已知定子电压和电流以及相位 s 后，由式(6-19)可求取 uM 和 uT
uM
ψs Tr
ωr LsiT
uT ωr ψs L编siM辑ppt
图 6-1 为估计 ωr 的框图。
(6-20)
(6-21) (6-22)
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图6-1 由定子磁场定向轴系估计ωr
现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
可由式(6-21)或式(6-22)求得转子速度 ωr 。现用式(6-22)来估计 ωr ，即
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
由于 MT 轴系沿定子磁场定向， ψs 在 T 轴方向上的分量 ψT 0 ，则有
ψse js ψM jψT ψs
(6-18)
于是，式(6-17)可变为
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
e
j
Байду номын сангаас
s
ψs Tr
jωr
在实际估计中，常用式(6-6)在静止 DQ 轴系中的分量形式，即
式中
ωr
dψd dt
ψd Tr ψq
Lm Tr
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ψd
Lr Lm
(ψD
LsiD )
ψD (uD RsiD )dt
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Lr Lm
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Lr Lm
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编Rs辑iQppt Ls
ψr
Lr Lm
(ψs
Lsis )
(6-7)
ψs (us R编s辑isp)dptt
(6-8)
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
由式(6-7)和式(6-8)，可得
dψ r dt
Lr Lm
dψs dt
Ls
dis dt
Lr Lm
us
Rsis
Ls
dis dt
根据 us 和 is 的测量值，由式(6-7)～式(6-9)可计算出 ψ r 和 dψr dt 。
运用无速度传感器控制技术，可以在线估计电动机的速度和位置，从而省去 了传感器。运用本章提到的估计方法，还可在线观测磁链等物理量和辨识电阻、 电感等参数，由前分析可知，这也是矢量控制和直接转矩控制不可或缺的。
电机现代控制技术一个重要内容是智能编控辑p制pt，本章最后对此做了简要介绍。
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
计 ψs 和 s 。
编辑ppt 10
现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制
6.1.2 三相永磁同步电动机转子位置估计
ωˆ r
ψs
uT LsiM
(6-23)
此方法很适合基于定子磁场定向的矢量控制。定子磁场矢量控制本身就
需要利用“定子磁链模型”来估计定子磁链矢量的幅值 ψs 和空间相位 s ，为
估计 ψs 和 s ，同时要检测定子电压和电流。这样，在估计定子磁链矢量 ψs
的同时，可以方便地由式(6-20)和式(6-22)或者式(6-20)和式(6-21)求得 ωr 。 此方法也适合于直接转矩控制，因为在直接转矩控制中，原本就需要估
ψs Tr
jωr (ψs
Lsis )
(6-16)
方程(6-16)是以静止 DQ 轴系表示的，现将其变换到沿定子磁场定向的
MT 轴系中，则有
us
Rs
Ls Tr
is
Ls
dis dt
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1 Tr
ψs e js
jωr (ψse js
Lsise js )
(6-17)
式中， s 是 ψs 在静止 DQ 轴系中的空间相位。
(6-2)
us
Rs is
dψs dt
(6-3)
0
Rr ir
dψ r dt
jωrψr
(6-4)
转子电压矢量方程中含有转子速度 ωr ，因此可用来获取转子速度信息，但是
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方程中有转子电流矢量 ir ，它是不可测量的，为此要将 ir 从方程中消去。
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现代电机控制技术 第6章 无速度传感器控制与智能控制