无位置矢量控制中各种电压模型磁链观测器的对比分析研究.docx

符号表：反电动势；：估算磁链：估算磁链幅值：静止坐标系下的直轴和交轴：估算角度：同步角频率：估算同步角频率：截止角频率：滤波时间常数：磁链限幅值：截止角频率和同步角频率的比值（）一、各种电压模型的对比表1 各种电压模型的对比电压模型名称纯积分LPFLPF+前向通道补偿LPF+HPFLPF+HPF+前向通道补偿LPF+正交反馈带限幅补偿（PI自适应）LPF+ PI自适应补偿传递函数直流输入下的输出响应累加逐渐衰减为零逐渐衰减为零取决于限幅值，限幅值越大，直流偏置越大正弦输入下的输出响应与实际值重合有幅值和相位差无幅值和相位差幅值相位误差较单LPF改善许多几乎没有幅值和相位误差幅值和相位误差大为改善，几乎和实际值重合注：标红表示推荐使用方案。二、各个电压模型的框图和优缺点分析1）、基本电压模型传递函数：幅值：相角：对直流偏置无抑制能力，导致积分饱和2）单级LPF传递函数：幅值：相角：优点：解决了纯积分的饱和问题；缺点：与纯积分相比存在幅值和相角差，直流偏置仅减小为原来的；幅相补偿方法如下图所示传递函数：缺点：因为补偿的原因，直流偏置变为原来的，较单级LPF反而增大了；依赖同步角频率。因此采用下述串级的方法。3）串级：LPF+HPF传递函数：优点：几乎没有直流偏置；缺点：存在幅值和相角差。幅相补偿方法如下图所示：传递函数：缺点：依赖同步角频率。4）LPF+正交反馈补偿传递函数：优点：较单级LPF补偿了幅值和相角差。缺点：依赖磁链限幅值设定；由于该传递函数为纯积分，且又是正反馈，对直流偏置无抑制能力，仅靠限幅值维持不至于饱和。改进方法：5）同步角频率的估算方法：三、结论对以上方案进行仿真（附录）得到以下几点结论：1）当反电动势存在直流量时，单个LPF存在较明显直流偏置，因此实际是不能用的，而串级则几乎无直流偏置；2）串级+直接补偿，其缺点是截止频率的设定依赖同步角频率，需要计算同步角频率，而实际计算的同步角频率存在50%的偏差时估算磁链的效果依然很好，且在转速波动较大时能很快收敛，所以推荐优先使用该方案。3）单级+正交反馈带限幅补偿，严重依赖限幅值，当输入存在直流量时，直流偏置和相角差很明显，优点是不依赖同步角频率，可以采用固定截止频率。该方法适用于磁链已知或是固定不变的情况。推荐配合磁链环使用。4）单级+自适应补偿，无需知道磁链值，直流偏置、相角差与带限幅补偿的方法相比均得到改善，缺点是增加了PI调节器。适用于磁链变化的情况，无需磁链环。参考文献：1 王 婷. 基于电压模型磁链观测器的异步电机无速度传感器矢量控制研究D. 浙江大学.20142 朝泽云. 无速度传感器矢量控制系统的若干问题研究D. 华中科技大学.20063 张 星. 一种能消除直流偏置和稳态误差的电压型磁链观测器J. 电工电能新技术.2006 4 朱良焱. 异步电机矢量控制变频调速系统的研究与设计D. 湖南大学.2009附录：仿真2.1 1V直流输入下的输出响应1）单级LPF图2.1.1低速偏置较大，峰值小于0.1，后逐渐稳定于一定值2）单级LPF+补偿图2.1.2偏置逐渐稳定于一定值3）串级LPF+HPF图2.1.3低速偏置较大，峰值小于0.2，后逐渐衰减至很小的值。4）串级LPF+HPF+补偿图2.1.4低速偏置较大，峰值大于0.2，后逐渐衰减至很小的值5）LPF+正交反馈补偿图2.1.5取决于限幅值，限幅值越大，直流偏置越大2.2正弦输入下的输出响应1）单级LPF图2.2.1不受积分初始值影响，有幅值和相位误差2）单级LPF+补偿图2.2.2上图所用的同步角频率为给定值，估算磁链很快和实际值重合，无幅值和相位误差。图2.2.3上图所用同步角频率为计算值，改用计算的同步角频率后，经过几个周波之后收敛。3）LPF+HPF图2.2.4低速下受积分初始值影响较大，积分初始值逐渐减到0，与实际曲线重合；幅值相位误差较单LPF改善许多4）LPF+HPF+补偿图2.2.5低速下受积分初始值影响较大，后积分初始值逐渐减到0，与实际曲线重合；几乎没有幅值和相位误差（给定同步角频率）图2.2.6改用计算的同步角速度后（加了5V的偏置），经过几个周波之后收敛，且直流偏置逐渐减小。同步角速度偏差+50%：同步角速度偏差-50%：5HZ突增至50HZ，再突减至5HZ：当同步角频率计算存在较大偏差或转速突变的情况，该模型都能很快收敛5）LPF+正交反馈补偿饱和阈值（0.7）实际值（0.976）：