《无速度传感器技术》PPT课件

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1、无速度传感器技术王军交流传动系统在高性能的交流传动系统中，高精度的位置和速度传感器是必不可少的.Data交流传动控制系统为了实现高精度、高动态性能的速度和位置控制，交流传动系统一般采用以下两种控制策略:磁场定向矢量控制：通过坐标变换，将定子电流（矢量）分解为励磁电流分量与转矩电流分量（标量），实现电机磁通和转矩的解耦控制。直接转矩控制：通过检测电机定子电压和电流，借助电压空间矢量计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得的差值，采用bang-bang（两位）控制，实现磁链和转矩的直接调节。rUsbUsaCoordi-nateTrans-forma-tionFieldStatorPWMCurr

2、entiSaCurrentiSbUsqUsdi-controlsdi-controlsqw-controlrefwsdiisqwPMSMCoordinateTransformationPosition异步电机的矢量控制框图异步电机直接转矩控制框图传感器电压和电流传感器转子位置和速度传感器磁链和转矩观测器交流传动系统中的传感器关键技术：全速度范围下的转子位置检测机械位置传感器成本分辨率传统的霍尔传感器光电编码器无传感器技术解算器问题的提出机械传感器的安装给系统带来以下一些缺陷：●系统的成本大大增加。●码盘在电机轴上的安装，存在同心度问题，安装不当将影响测速精度。●增加了电机轴上的转动惯量，加大

3、了电机空间尺寸和体积，增加了电机与控制系统之间的连线和接口电路，使系统易受干扰，降低了可靠性。●在高温、高湿的恶劣环境下无法工作，而且码盘工作精度易受环境条件的影响。因此，无传感器交流调速系统成为近年来的一个研究热点。无传感器控制技术第一类：取决于电机基波励磁和与转速有关的现象（所产生的反电动势）。这类方法实施虽然简单，但在零速或低速时因反电势过小或根本无法检测，因此只适用于高转速运行。第二类：具有三个基本特征——起决定作用的空间凸起、持续励磁和高带宽、噪声过滤的估算，可以实现电机全速度范围内转子位置的检测。第一类无传感器控制技术异步电机中的无传感器控制技术动态速度估计器方法模型参考自适应方法

4、（MRAS)自适应速度观测器转子齿谐波法高频注入法基于PI调节器方法人工智能理论基础上的估算方法（如神经网络、模糊控制等）动态速度估计器方法两种典型的算法：直接计算方法——利用的数学模型推算利用磁通的代数计算方法——通过计算两相静止坐标系下的电机方程，以三角函数的形式得到转子的位置角◆优点：计算简单，动态响应快，几乎没有什么延迟◆缺点：需要准确测量定子端量，对电机参数的准确性要求也比较高，因此鲁棒性较差。◆这种方法的出发点是基于动态关系的电机派克方程,从电机电磁关系式及转速的饿定义中得到关于转差或转速关系的表达式.多数情况下,角速度计算表达式是由同步角速度与转差角速度相减得到的.(4-109)

5、同步角速度的计算公式可由静止坐标系下的定子电压方程式推得,重写该方程式为:动态转速估计器由定子磁通矢量关系可知(4-112)(4-110)(4-111)将式(4-110)与式(4-111)代入式(4-112)得在转子磁场定向控制中,重写式(4-14)为在定子磁场定向控制中重写式(4-28)为(4-115)(4-113)(4-114)由式(4-113)~(4-115)可得转子角速度.除了上述从推导转差角速度入手的思想之外,还可以根据电机方程式直接推导角速度,下面给出推导过程.静止参考坐标下,由转子电压方程式消去转子电压电阻得(4-116)再由定子磁链方程式得(4-117)(4-118)把式(4-

6、117)和式(4-118)代入式(4-116),整理得(4-119)再联解转子磁链方程式与定子磁链方程式,并消去转子电流,可得(4-120)(4-121)再将式(4-120)和式(4-121)代入式(4-119)得(4-122)这种方法的优点是直观性强,从理论上讲速度计算没有延时。但缺点也很突出：1.速度的计算需要知道磁通，因而磁通观测与控制的好坏直接影响转速辩识的精度。2.计算过程中用到大量电机参数，如果缺少任何参数辩识环节，当电机参数变化时，计算精度受到严重影响。3.由于缺少任何误差校正环节，难以保证系统的抗干扰性能，甚至有可能出现不稳定的情况。这种适用于转子磁场定向的矢量控制系统，其基本

7、思想失利用某些量的误差项，使其通过PI自适应控制器而得到转速信息。具体原理可由转子磁场定向下电机派克方程推得。同步旋转坐标系下，转子电压方程式与转子磁链方程式为（4－123）基于PI自适应控制器方法（4－124）将式（4－124）代入（4－123）消去可得（4－125）（4－126）式中，由转子磁场定向转差角速度方程式（4－127）来决定。（4－127）将式（4－126）代入式（4－125）可得（