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i调节器，产生相应的定子电流sm。定子电流的两个分量经过旋转坐标变换，得到静止的分量 is?is?和再经过2/3变换得到三相静止电流，PWM环节采用电流滞环控制，使三相实际电流
跟踪给定电流信号。
间接磁场定向控制采用磁链开环控制，在磁通运行过程中不检测转子磁链信号，系统结
?s?Lmist/?r?r，形成转差矢量控制系统，利用 ?1??s??r得到构简单。它利用转差公式
同步角速度，该方案在实际中也获得广泛的应用，控制方案如图2.8所示
??*r*r1Lm 电压指令计算umuPI*t*uA2r/3s*uBu*C* PWM电压型逆变器???LmitTr?**r??s????11s PG IM?r
图2.8 间接矢量控制方框图
但该方法更依赖于电机参数的准确检测，当参数时变或不确定时，系统动态性能大受影响。且磁链开环在动态过程中存在偏差，其性能不及磁链闭环控制系统。
无论是直接矢量控制还是间接矢量控制，都具有动态性能好、调速范围宽的优点。动态性能受电机参数变化的影响是其主要的不足之处。
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3 磁链观测和转速估计的方法研究
在异步电机无速度传感器的矢量控制系统中，磁链观测【17】和转速估计是两个关键问题。系统性能的好坏直接取决于磁链观测的准确度和转速估计的精度。因此，选取合适的方法就成为系统设计的首要问题。
3.1 磁链观测方法研究
在直接矢量控制方法中，有必要估计转子磁链分量?r? 和?r? ，以便可以计算单位矢量和转子磁链幅值。下面讨论两种磁链估计的方法。 3.1.1 基于电压模型的方法
该方法的基本思想是：利用检测得到的电机端电压和电流，由静止坐标系下的电机等效 电路导出的方程式来计算磁链。由图3.1两相静止坐标系等效电路图可知：
a
Rsis?RrLlsLmLlrir?us??s??r??????rr?RsRrus?is??s?LlsLmLlrir????r??r?r?? b
图3.1 ???等效电路
?s??(us??Rsis?)dt （3-1）
（3-2）
?s??(us??Rsis?)dt
22 （3-3）??s??s???s?
?? 中国矿业大学2010届本科毕业设计论文 第19页
?m???s??L1sis??Lm(is??ir?)(3-4)
?m???s??L1sis??Lm(is??ir?) (3-5)
??Li?Lir?ms?rr? (3-6)
??Li?Lir?ms?rr? （3-7） 借助于式（3-4）、（3-5），分别消去式（3-6）、（3-7）中的ir?、ir?，从而得到
?r??LrLmLrLm?m??L1ris? （3-8）
?r???m??L1ris? （3-9）
同样，借助于式（3-4）、（3-5），上面两个方程式可以写成如下形式：
?r??LrLmLrLm(?s???Lsis?)??(us??Rsis?)dt??Lsis??? ? （3-10）Lm??(us??Rsis?)dt??Lsis????Lm?
Lr?r??(?s???Lsis?)?2mLr （3-11）
式中，??1?L/(LrLs)
将式（3-8）、（3-9）代入转矩方程式中并加以简化，得到静止坐标系下的转矩表达式为
3PLrTe?()(?r?is???r?is?) （3-12）
22Lm图 3.2 表示使用微处理器的反馈信号估计框图，图中诸如定子磁链、气隙磁链和电磁转矩等附加信号量的估计也被标出。在对检测信号进行A/D转换前需要对被检测的电流电压信号实行硬件低通滤波，并采用运算放大器实现3S/2S变换。一般情况下，电机是无中线连接的电机，因此只需要两个电流传感器。矢量传动采用的是电流控制型PWM逆变器，如前所述，采用电流控制合乎逻辑，因为磁链和转矩都与电流直接相关。逆变器可以采用滞环电流控制，或电流控制内的某类电压控制。值得注意的是，单位矢量的任何误差或与反馈信号相关的畸变都会影响传动系统的性能。
在低频（包括零速度）情况下，上面所讨论的直接矢量控制方法难以获得良好性能。这
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是因为：
（1）、低频时，电压信号 us?和us?非常小。另外，直流偏移量导致在积分器输出端上出现累积，从而使理想的积分变得很困难。 （2）、电阻Rs、电感L1s、L1r和 Lm等参数的变化将使信号估计的精度降低。尤其是Rs的温度变化影响更为显著。在电压较高时，参数变化的影响可以被忽略。
在工业应用中，通常要求矢量控制系统能工作在零速度。此时，基于电压模型信号估计的直接矢量控制不能被采用。
a ADC 3S/2S 3S/2S?us??Rsis?ADCb电动机
cRsis?us??? sin ?
cos?isd?is?sin??is?cos?isq?is?sin??is?cos????s?s????s????s?isdisqLlsis??Llsis???m?m??m??LrLmLrLm?m?Llris????Llris??r???42r?r??r????2r?Te?3PLmcos??sin???Lrr?(?r?s?i??r?s?i)?r??r??r??r?Tecos?sin? 图3.2 基于电压模型的反馈信号估计框图
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3.1.2 基于电流模型的方法
在低速区域，采用速度和电流信号能更容易地估计转子磁链分量。电机? - ? 等效电路的转子电路方程式为
d?r?dtd?r?dt?Rrir???r?r??0 (3-13)
?Rrir???r?r??0 （3-14）
在上面方程式的两边分别加入 (LmRr/Lr)is? 和 (LmRr/Lr)is? ，可得到
d?r?dt?RrLr(Lmis??Lrir?)??r?r??LmRrLris? (3-15)
d?r?dt?RrLr(Lmis??Lrir?)??r?r??LmRrLris? （3-16）
分别将式（3-6）和式（3-7）代入上面两式，简化后可得到
d?r?dtd?r??LmTrLmTris???r?r???r? （3-17）
Tr?r? （3-18）
Tr11dt?is???r?r??式中，Tr?Lr/Rr为转子回路的时间常数。式（3-17）和式（3-18）表明转子磁链是定子电流和速度的函数。因此，若已知这些信号，则磁链和相应的单位矢量信号就可以被估算。
is?、is?，Te、这些方程式被定义为用于磁链估算的电流模型，它们最初是由Blaschke提出的。以及定子和气隙磁链，它们都可以从电流模型中估算出来。该模型的磁链估计需要一个速度编码器，但这种方法的优点是系统能零速度运行。然而，这种方法的估算精度仍受电机参数
变化的影响，尤其是转子电阻受温度和集肤效应的影响存在非常大的变化并且参数的补偿也非常困难。
由于较高速度基于电压模型的磁链估计效果更好，而基于电流模型的估计可在任何速度范围内使用，因此可以建立一个混合模型用于估计，即在高速阶段采用电压模型，在低速阶段让其平稳地切换至电流模型。
3.2 基于模型参考自适应的转速辨识
上面我们讨论了两种磁链估计的方法，其中电压模型的磁链估计公式为（3-10）和（3-11），而电流模型的磁链估计公式为（3-17）和（3-18），我们可以把不含速度的电压模型作为参考模型，把含速度变量的电流模型作为可调模型，将两个模型具有相同物理意义的输出量构成误差，采用合适的自适应机构调整可调模型的参数即转速，以达到转速的辨识。