三相感应电机的转速估算与参数辨识

摘要

感应电动机的运行速度非常快，容量也可以做到很大，被广泛运用到各个控制领域。现有的各种感应电机交流调速方法中，相比与转速开环，转速闭环能够有效提高控制精度，这就需要通过安装转速传感器来采集转速信号并反馈给调节系统。但是速度传感器的安装严重影响了系统的简易性和可靠性，维护起来也不方便，而且受电机结构及运行环境的限制，并非所有电机都能够满足安装条件。因此，通过采集定子侧电压、电流等容易测量的物理量对转速进行估算是一种比较实用和可行的方案。除此之外，无论是转速估算还是调速系统其它模块，其控制性能的优劣又严重地依赖于电机自身的参数（包括定子电阻、转子电阻、漏感、互感等），于是电机参数的准确获取成为一切工作顺利进行的关键。本文在了解和分析电机动态数学模型的基础上，重点就转速估算和参数辨识两方面算法的实现展开研究。
　　首先，列举了现有的几种转速估算方法，通过优缺点对比，最后确定以模型参考自适应法(MRAS法)为主线对转速进行估算。基于转子磁链的MRAS法和基于状态观测器的MRAS法作为其中的两大分支，文中进行了较为深入的理论分析，同时对传统方法做了改进。MATLAB仿真实验比较了以上两种方法的跟踪精度及动态响应能力，并以此为依据选择出基于转子磁链的改进MRAS法进行重点阐述。从仿真结果中可以明显看到改进方法的优越性。
　　其次，针对参数辨识问题，本文采用了两种方法，一种是离线辨识法，另一种是在线辨识法。离线辨识方法较为简单，能够为系统提供可靠的电机基本物理参数初始值，对于许多没有条件预知现场所用电机参数的场合有很好的实用价值。为了避免温度等环境因素对电机参数值的影响，对敏感程度较高的定子电阻和转子时间常数做了在线辨识。仿真结果证明在线辨识方法的跟踪精度比较高。
　　最后，以电机控制专用芯片TMS320F28335为控制核心，搭建了系统硬件平台，采用C语言完成了转速估算和参数辨识的软件编程。实验结果跟仿真结果基本一致，再次验证了设计方法的合理性。
　　本论文中提到的转速估算和参数辨识的设计方法具有广泛的适用性，对无速度传感器检测系统以及交流调速系统有更多的现实意义。