运动控制系统讲义
叫做电压模型。
在式（8-46）中，令?1?0可得??坐标系上定子电压方程
d?s???Rsis??us?dt （8-76）
d?s???Rsis??us?dt和磁链方程
?s??Lsis??Lmir??s??Lsis??Lmir??r??Lmis??Lrir??r??Lmis??Lrir?由式（8-77）前2行解出
（8-77）
ir??ir??代入式（8-77）后2行得
?s??Lsis?Lm?s??Lsis?Lm （8-78）
?r???r?Lr(?s???Lsis?)LmL?r(?s???Lsis?)Lm （8-79）
由式（8-76）和式（8-79）得计算转子磁链的电压模型为
?r???r?LrLm??(u??(us??Rsis?)dt??Lsis??Rsis?)dt??Lsis??? （8-80）
L?rLms?计算转子磁链的电压模型如图8-20所示，其物理意义是：根据实测的电压和电流信号，计算定子磁链，然后，再计算转子磁链。电压模型不需要转速信号，且算法与转子电阻Rr无关，只与定子电阻Rs有关，而Rs是容易测得的。和电流模型相比，电压模型受电动机参数变化的影响较小，而且算法简单，便于应用。但是，由于电压模型包含纯积分项，积分的初始值和累积误差都影响计算结果，在低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。
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第七章 异步电机动态模型调速系统
图8-20计算转子磁链的电压模型
比较起来，电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。有时为了提高准确度，把两种模型结合起来，在低速（例如n?15%nN）时采用电流模型，在中、高速时采用电压模型，只要解决好如何过渡的问题，就可以提高整个运行范围中计算转子磁链的准确度。
8.2.6磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向
以上介绍的转子磁链闭环控制的矢量控制系统中，转子磁链幅值和位置信号均由磁链模型计算获得，都受到电机参数Tr和Lm变化的影响，造成控制的不准确性。既然这样，与其采用磁链闭环控制而反馈不准，不如采用磁链开环控制，系统反而会简单一些。采用磁链开环的控制方式，无需转子磁链幅值，但对于矢量变换而言，仍然需要转子磁链的位置信号。由此可知，转子磁链的计算仍然不可避免，如果利用给定值间接计算转子磁链的位置，可简化系统结构，这种方法称为间接定向。
间接定向的矢量控制系统借助于矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统（见图8-21）。它继承了基于稳态模型转差频率控制系统的优点，又利用基于动态模型的矢量控制规律，克服了它大部分的不足之处。
图8-21磁链开环转差型矢量控制系统
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运动控制系统讲义
该系统的主要特点如下：
**（1）用定子电流转矩分量i*st和转子磁链?r计算转差频率给定信号?s，即
?*s?Lm*i*st （8-81） Tr?r*将转差频率给定信号?*s加上实际转速?，得到坐标系的旋转角速度?1，经积分环节产生矢量变换角，
实现转差频率控制功能。
*（2）定子电流励磁分量给定信号i*和转子磁链给定信号?r之间的关系是靠式 smism?Trp?1?r （8-82） Lm建立的，其中的比例微分环节（Trp?1）使ism在动态中获得强迫励磁效应，从而克服实际磁通的滞后。
由以上特点可以看出，磁链开环转差型矢量控制系统的磁场定向由磁链和电流转矩分量给定信号确定，靠矢量控制方程保证，并没有用磁链模型实际计算转子磁链及其相位，所以属于间接的磁场定向。但由于矢量控制方程中包含电动机转子参数，定向精度仍受参数变化的影响，磁链和电流转矩分量给定值与实际值存在差异，将影响系统的性能。
最后，对8.2节论述的按转子磁链定向的矢量控制系统做一总结。 矢量控制系统的特点是：
（1）按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控制。 （2）转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环节，可以采用磁链闭环控制，也可以是开环控制。 （3）采用连续PI控制，转矩与磁链变化平稳，电流闭环控制可有效地限制起、制动电流。 矢量控制系统存在的问题是：
（1）转子磁链计算精度受易于变化的转子电阻的影响，转子磁链的角度精度影响定向的准确性。 （2）需要矢量变换，系统结构复杂，运算量大。
矢量控制系统具有动态性能好、调速范围宽的优点，采用光电码盘转速传感器时，一般可以达到调速范围D?100，已在实践中获得普遍应用，动态性能受电动机参数变化的影响是其主要的不足之处。为了解决这个问题，在参数辨识和自适应控制等方面都做过许多研究工作，获得了不少成果，但迄今尚少实际应用。
8. 3无速度传感器矢量控制系统
由上节可知，矢量控制必须要有电机转速信息，需要安装速度传感器。但是，有时工作环境不允许安装速度传感器，而又希望高性能控制时，可以采用无速度传感器矢量控制技术。无速度传感器矢量控制的关键是速度推算。为此，各国学者提出了各种各样的速度推算算法，大致可归纳为下列两大类。
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第七章 异步电机动态模型调速系统
8.3.1速度推算与矢量控制分别独立进行
所谓速度推算与矢量控制分别独立进行，是指矢量控制需要对转子磁链?r的位置角?进行旋转坐标变换，而速度推算不需要?角，只需静止坐标变换，如图8-22所示。这种速度推算方法是利用32静止坐标变换，把三相电压us和电流is变换成二相电压us?、us?和二相电流is?、is?，利用式(8-80)的电压
?r?。速度推算?r?和?模型，求得转子磁链?r?和?r?；利用式（8-74）的电流模型，可求得转子磁链?式为
KI?? ?r?(KP?) (?r??r???r??r?) (8-83)
s
图8-22 矢量控制与独立的速度推算器
这种推算方法是采用了模型参考自适应系统，简称MRAS。MRAS速度推算器结构如图8-23所示。图中高通滤波器
S是为了解决积分偏差和起始值的问题而设置的，把电压模型作为参考模型，电
S?1/T流模型作为可调模型构成了模型参考自适应系统。
8.3.2 速度推算与矢量控制同时进行
速度推算与矢量控制同时进行的速度推算器机构如图8-24所示。这种结构特点是在速度推算时也需要转子磁链位置角?。这种控制方式是在使用电压模型和电流模型进行速度推算的同时，对所得的转子磁链?r进行矢量控制。首先利用32静止坐标变换，把三相电压us和电流is变换成二相电压us?、us?和二相电流is?、is?，然后使用???坐标系的电压模型式（8-80）求得转子磁链：
p?r?? p?r??作为误差修正项用的电流模型对应的转子磁链
Lr[us??(Rs??Lsp)is?] （8-84） LmLr[us??(Rs??Lsp)is?] （8-85） Lm*?r??Lmisd?cos? （8-86）
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*?r??Lmisd?sin? （8-87）
图8-23 MRAS速度推算器
图8-24与矢量控制同时进行的速度推算器机构
由式（8-84）~（8-87）构成磁通观测器
p?Lrr??L[us??(Rs??Lsp)is?]?k(??r???r?) m p?Lrr??L[us??(Rs??Lsp)is?]?k(??r???r?) m式中 k磁通观测器增益系数。
再按下式推算转矩电流
i??r?ir???r?is?sq??2 r???2r?用转矩电流指令值i*sq和转矩电流推算值i?sq之差进行PI控制，得到速度推算值 ?Ir?(Kp?Ks)(i*sq?isq) - 30 -
8-88） 8-89） 8-90）
(8-91) （ （ （