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第四章 磁通观测与电流控制,王军 教授 西华大学 电气信息学院,从电机外部量“观测”电机内部磁通 依据：两相静止或旋转坐标系异步电机方程,一、磁通观测,目标： 求出转子磁链 、 ， 获得幅值 及位置,利用能够实测的物理量的不同组合，可以获得多种转子磁链观测模型，总的来说可以分成开环观测器和闭环观测器两类。开环观测器又分为电压模型法、电流模型法和组合模型法等，这些观测器虽然具有结构简单、实现方便等优点，但其精度受参数变化和外来干扰的影响较大，鲁棒性差。基于误差反馈的转子磁链闭环观测器的构造方法，通过引入状态误差反馈环节，有效地改善了状态观测器的稳定性，并提高了状态估计精度。,1、开环磁通观测,转子磁通检测方法,(1)直接检测法磁传感器（霍尔元件） a.电机需改造 b.低速存在气隙齿谐波脉动，影响精度 c.不实用,1、开环磁通观测,转子磁通检测方法,一、磁通观测,在工程实际中，多采用间接的方法，既利用容易检测的电压、电流或转速，借助异步电机的数学模型，计算转子磁链的幅值和相位。开环模型：这种模型是直接从异步电机数学模型推导出转子磁链的方程式，并将该方程式视为转子磁链的状态观测器。具体地说，这种模型包括三种方法：电压模型法、电流模型法和组合模型法。,电压模型法,这种方法是根据定子电流和定子电压的检测值估算,。在,坐标系下，由定子方程和磁链方程,容易推导出：,其优点是： 算法简单。 算法中不含有转子电阻，因此受电机参数变化影响较小。 不需要转速信息，这对于无速度传感器系统很有吸引力。 它的缺点是： 低速度时，随着定子电阻压降作用明显，测量误差淹没了反电动势，使得观测的精度较低。 纯积分环节的误差积累和漂移问题严重，可能导致系统失去稳定。 这些局限性决定了这个方案在低速下是不能使用的，但在中高速的合理范围内它依然是可行的，而且也确实被应用于许多场合。,电流模型法,这种方法是根据定子电流和转速检测值来估算。在 坐标系下，可以得出方程：,电流模型法,电流模型法,可以看出：与电压模型法不同之处在于电流模型法使用了角速度作为其输入信息。另外，它还涉及到时变特性显著的参数，既转子时间常数 = 。当电机的运行温度发生变化或者磁路出现饱和的时候， 的变动范围较大，常需要进行实时辩识才能够保证磁链观测的精度。但由于电流模型法不涉及纯积分项，其观测的值是收敛的，这是它的一大优点，同时低速的观测性能强于电压模型法，但是高速时不如电压模型法。,组合模型法,这种方法是电压模型法和电流模型法相结合的方法。从数学本质上看，磁链观测的电压模型和电流模型描述的是同一个物理对象，不同模型的使用之所以造成不同的计算精度，其主要的原因是由于参数和检测精度的影响，并非物理过程的变化。因此，考虑到电压模型和电流模型各自的特点，将二者结合起来使用，即在高速的时候让电压模型起作用，通过低通滤波器将电流模型的观测值滤掉；在低速的时候让电流模型起作用，通过高通滤波器将电压模型的观测值滤掉。为了实现平滑的过度，可令它们的转折频率相等，计算的公式如下：,组合模型法,旋转坐标系下的转子磁链观测器,d-q坐标系放在同步旋转磁场上，,旋转坐标系下的转子磁链观测器,给定 和 时，可由上式计算出 磁链的幅值。,(2)间接检测法磁通观测器 a.检测电压、电流，根据电机数学模型计算磁通 b.受数学模型精度、参数稳定性影响 c.实用,2. 基于误差反馈的转子磁链闭环观测器的设计,误差反馈环节，异步电机的可测量定子电压us、定子电流is或定子电流的时间倒数dis/dt，它们可由转子磁链的估计值r，根据异步电机的数学模型被重构出来，形成它们的估计值这样实测值和估计值之差通过与其相应的误差校正矩阵G构成转子磁链观测器的误差校正环节。下面以电流模型法转子磁链观测器为例，设计这种观测器。,s、,s或,
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