无速度传感器交流调速控制系统的现状和发展趋势

速控制系统时， 目 前主要利用新的思想研究： １ ． 磁通观测器 采用线性龙贝格观洲器理论构造磁通观侧 器， 合理地选择误差校正矩阵， 以保证磁通估计的 渐进收敛性， 间接保证速度估计的精度。 ２ ． 定子电流的控制 定子电流的控制主要采用预测法和滞环比 较 法等， 有的学者对墓于电压型逆变器的预侧型定 子电流控制方案寄予很大希望。 ３ ． 负载转矩的自 适应控制 考虑到电机实际运行时负载转矩的变化， 在 实时计算的负载转矩扰动项中， 适当地对参考电 流项予以补偿． 有时还加入一阶低通滤波器， 以避 免速度徽分项的出现。 三． 速度辩识策略 无速度传感器交流调速控制系统的核心问题 是准确估计转子的速度， 由于难度很大， 各国学者 采用了不少方法去估计转速， 如直接计算法、 参数 辩识法、 状态估计法、 间接侧ｔ法等。目 前看来从 定子侧侧量定子电压、 定子电流， 再从中计算与速 度有关的ｔ， 进而估算出转子速度的方法是一种 趋势。具体来说， 当前估计转速的方法是：
技术进入了一个新的发展阶段， 是交流传动控制
理论上又一次大的飞跃。 从理论上看， 直接转矩控 制直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模 型， 控制电机的磁链和转矩， 因此， 在设计无速度 传感器的交流调速控制系统时， 直接转矩控制的 系统似乎更受青睐。 自 九十年代以后， 交流电机的控制理论和技 术一方面继续向纵深发展， 技术上日 趋成熟， 另一 方面， 控制理论和控制方案也趋于多元化和智能 化。 智能控制理论开始在电气传动领域初露端倪， 专家模糊控制、 人工神经元网络理论、 非线性控 制、 系统和参数辩识等新思想越来越多地应用于 电机的控制系统中。在构成无速度传感器交流调
一 概述 随着新型电力电子器件、 现代控制理论、 新型 变频调速控制技术和计算机数字控制技术的不断 出现和实际变革， 交流传动代替直流传动已经成 为不可逆转的发展趋势。电气传动的主要任务是 合理地使用电动机， 通过某种控制策略使被驱动 的生产机械按照预定的指标要求运行。在工业生 产和家用电器中， 大多数的机械， 如生产机械、 牵 引机械、 计算机和仪器的外圈设备、 洗衣机等， 墓 本上都采用电动机拖动。在中国电动机消耗了大 约６ ０ ％ 的发电ｔ， 因此单就节能而言， 电气传动 已 经是一个非常重要的领域。 通常， 电气传动分成不调速和调速两大类。 不 调速电动机直接由电网供电， 大约消耗 ５ ５ ％的发 电量； 调速电动机主要由 各种不同类型的电力电 子变流器供电， 它们大约消耗 ５ ％的发电量．但 是， 从发展方向来看， ２ １ 世纪将有越来越多的调 速传动取代不调速传动以 节约能镶， 估计可节约 ｀ ５ －２ ０ 肠的能像．调速传动要求能改变电动机的 转速， 以满足不同对象的要求， 为此， 必须采用各 种的控制方法和新的徽电子技术． 在研制高性能文流调速控制系统的过程中，
者 Ｆ ． Ｂ ｌ ａ ｓ ｈ ｋ ｅ提 出 Ｔ 矢 量 变 换 控 制 （ Ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ） 原理， 在定向于转子磁通的基础上， 将交 流电机的磁通和载矩进行解辆， 实现了各自的独 立和分别控制， 在理论上实现了重大突破， 从而使 得交流调速的动态和静态性能完全可能同直流传 动系统相媲美。 目 前， 较为成熟的矢量变换控制法
Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ 提出了磁链轨迹的圆形方案。 与矢量变
换控制不同， 直接转矩控制不去考虑如何通过将 定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分Ｉ ｔ Ｉ 而是以转矩和磁通的独立跟踪自调整并借助于转 矩的 Ｂ ａ ｎ ｄ －Ｂ ａ ｎ ｄ 控制来实现转矩和磁通直接控 制． 由于直接转矩控制方案简单， 对电机参数不敏 感， 使其性能优于矢量变换控制， 从而使交流调速
３ ． 速度传感器价格普遍较贵， 增加了调速系 统的成本， ４ ． 有些对调速性能要求较高的场合， 其工作 环境却无法或不允许安装速度传感器。 荃于上述理由， 传统的交流调速系统越来越 难以满足生产实践中提出的高精度、 高效率和低 成本的要求， 迫使人们去研究无速度传感器的交 流调速控制系统， 以满足社会的孺要， 从而使性能 良 好、 成本合理的无速度传感器的交流调速控制 系统成为近年来和下一个世纪的研究热点． 针对无速传感器的交流调速控制系统的研 究， 不少国家的学者开展了这一方面的研究工作， 并取得了一定的进展． 美国、 日 本和德国的学者在 理论方面做了开创性的工作． 进年来， 在Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ各 类电杂志和国际会议论文集中出现了一些专 题讨 论无速度传感器交流调速控制系统的理论和实用 的论文。例如 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ Ａ Ｓ 杂志， 自 九十年代以来， 开辟了专栏讨论这一问 题。 在实用化方面， 国外一 些大公司也开始推出自己的产品， 如Ａ Ｂ Ｂ 、 东芝、 三菱、 富士、 日 立。国内 无论在理论研究方面还是 产品实用化方面都远远落后于国际水平， 仅相当 于国外八十年代中后期水平． 目 前， 我国对通用型
２ ． 速度传感器的安装， 受到机械加工条件等
影响， 难以避免安装误差， 降低了整个系统的性能 和可靠性， 也增大了系统的体积；
济效益和实用价值， 对发展我国的民族工业具有
特别重要的意义． 二． 无速度传感器交流调速控制系统
．１ ６．
煤矿 自动化
大约在七十年代初期， 德国西门子公司的学
有：
１ ． 转子磁场定向矢量变换控制， ２ ． 定子磁场定向矢量变换控制； ３ ． 滑差频率矢量控制；
由于转子磁场定向矢量变换控制和滑差频率 矢量控制严重地依赖转子参数， 而电机的温度变 化对这些参数的影响又很大， 所以， 在设计无速度 传感器的交流调速控制系统时， 猫要对温度的变 化予以考虑和补偿。 相比之下， 定子磁场定向矢量 变换控制一般仅与电机定子电阻相关， 而定子电 阻受温度的影响很小． 因此， 目前的注意力大多集 中在设计以定子磁场定向矢量变换控制的无速度 传感器交流调控制系统上。 １ ９ ８ ５ 年， 德国鲁尔大学的 Ｍ． Ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｂ ｒ ｏ ｃ ｋ 教 授通过对瞬时空间理论的研究， 首次提出了直接 转矩控制理论， 随后 日本东芝公司的学者 １ ．
１ ． 采用电机宜接计算 １ ９ ７ ５ 年， Ａ ． Ａ ｂ ｂ ｏ ｎ ｄ ａ ｎ ｔ 最 早考虑从电 机电 磁
关系式及转速的定义出发去计算有关转差或转速 的关系量。这种直接计算转速的方法具有算法比 较简单、 速度计算没有延时的优点， 但是速度计算 受电机参数影响很大， 又缺乏误差校正环节， 容易 受到干扰而引起系统的不稳定． ２ ． 模型参考自 适应法 Ｃ ． Ｓ ｃ ｈ ａ ｕ ｄ ｅ ｒ依 据 棋 型 参 考 自适 应 法 （ ＭＲ Ａ Ｃ ） 的原理提出了转速 ＭＲ Ａ Ｃ的辩识方法， 将不含转速的磁链（ 即电压棋型） 作为参考模型， 含有待辩识转速的磁链（ 电流棋型） 作为可调模 型， 采用比 例积分自 适应律进行速度辩识， 并采用 Ｐ Ｏ Ｐ ｏ ｖ 超稳定性理论来保证速度的渐进收敛性． 由于电机的电阻和电感在不同的工况下有所不 同， 因此如何同时对多个参数进行辩识， 还有待进 一步的研究。 ３ 。 扩展卡尔滤波法 美国学者 Ｒ ． Ｅ ． Ｋ ａ ｌ ｍ ａ ｎ 在六十年代初提出的 基于最小方差的最优预侧估计法可以有效地削弱 随机干扰和测量噪音的影响。线性卡尔曼滤波器
无 速 度传感界文流 调速 拉制系 百度文库的 现状和 岌 展趁势・ 马 班玉
。１ ５．
无速度传感器交流调速控制系统的现状和发展趋势
马宪民
（ 西安矿业学院电气工程研究所）
〔 摘 要〕 无速度传感界交流调速撞钊系统是 目 前和 ２ １ 世纪高性能文流传动发展的一个主要方 向。 本丈详细介绍了 无速度传感尽文流调速技制来统的理论和技术特． 点， 分析和归纳Ｔ目 前国内 外有关 这一研究析城的撞制策略 ， 并就下一个世纪发展的研究方向提 出了一些设怒。 关镇词 ： 无速度传感界 文流调速 速度拼识
离不开速度的闭环控侧。 然而， 大ｔ的实践表明， 的变孩器的年盆求ｔ相当大， 对高性能的无速度 由 于速度传感器的使用， 现有的交流调速控制系 传感器交流调速控制系统的需求也越来越大， 据
统存在以下间题： １ 。 速度传感器通常依速电子线路工作， 其杭 电磁干扰的能力较差， 对速度的测量精度有一定 的影响； 初步统计到本世纪末通用型的变频器市场将会超 过１ ０ 亿元人民币， 而国外产品大约占据了８ ０ － ９ ０ ％的国内市场． 因此， 开发和研究高性能的无速 度传感器的交流调速控制系统无疑具有很大的经