无速度传感器在矿用

2021， 9 3 2（ ）

控

制应与技用术EMA

C

无速

度感传器在用矿机电车矢 控制系统中的应量用

2 1 11毅 ， 宗 剑， 徐立波 ，柳 巍 （ 1． 上海大 学 机电程与自工化学动， 上院 海200702； ． 上海2应用技术院学， 海 上021148 ）1 名陈 ，辉

摘

要： 阮矿特井的环境对殊电机车牵引系有统带载力强能 、起动力大矩 、稳性定等要求。 为达到好较好

的控制性能 必，获须得速转准确信的， 息对针业作矿的实井情况， 采际基用模型于考自参适应（MRAS ） 方法的 速转算估法，方并 采改用型进压模电型提高系性统 。能过通仿真验系统证能满矿足井牵的需引要， 证了明算法 的有效。 关键词性： 用矿电机； 车量控矢； 制无速传度器； 模型参感考自适应系统；电 模型压中 图分类号： TM 31. 20文献标志码： A 645 （0201 2） 20017004文章 编：号 163-7

Vec

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0

引

言

无

速度感传矢器量控制要准确估算转需和 速链磁息信传。的统电模压型低在速， 时由于子定 量测差淹误没了电反势动 ， 使阻电降作用明显， 得压观精测度较。低统传电的模流型由电机运行于 致转子温导度升上或路磁饱，和 子时间转常数 化较变大，影 响磁链其测观度， 高精时不速用适。因 此， 采仅用电压型或模流模电型难满足宽速度 范围的转以估速算度要求精。为 解决问题此 模， 参考自适应法提型供了一个很好思的 路。本 首文先系统中对的基于模型考参适自 （ 应odMe Relerfnce AdaeptvieS styemM，AR）S 速转 估环节算行分进研究析 ，后然采改进型电压用型模对系 统 进 行 改 进， 在 基此上础建

搭

了一基于套MA TLA / BimSluin k电机的制仿控系统真 进，了 行RASM 速估转算仿真。仿的结真表果该明方能法—

1 7—

流直机体电积、大 护维困、 运难成行高、 电 本易刷产生电火， 花不于利爆。牵引电机中防 ，异步电 已逐步代替直流电机， 成为机要主轨的道引牵用 电。选机择矢量制控为控制作方法获可较好 的得流交速调性能。 用矿 机 车 电 常 工 作 在通比 较恶 劣 环的境 中

［1 ］2

。供系电统定稳差性； 道轨高不低， 平车

机

要频繁起动、 制需、 动速、加减速， 要并适上应 、 坡下颠簸和路，况 震强烈； 电磁动干严扰。 重因， 为获得此好较控制的能， 应性对实际的工况针要 求对传的矢统控量制统进行系改进。速度传 器感 在存速精度测安受装精度影响确、维 护难以困及 工作环境影响等问题，受 采故用速度无传感器。

控制与应

技术用EMC

A201 ， 293（ 2 ）

 

够准

确估转子算链磁转与转子速 系，统运良行好。

1．1 1

基于

RMS 的A转估算方法速

RAMS 理原 MASR 的要思想主将是含未知不数的参方程

电

流型模含有转中速， 项以选所电择流型模 作为调可型。 模．1 自适应律 电压4模型和电流型模的出都是输转子磁的链两个分量 ψ r 和α rβ 。 选ψ择合的自适应律， 可适 提高以系稳统性定估算转速和精 。度 据根Pop v 超o定理稳论 ， 按MRAS参数的 结， 速度构估算子模块估将转速取为算例积分形比式。 适应自为 ^ r律 （= pk+ ω i ） （kψ rαi rβψu － rψiβ ψru ）α （s5）

作为参考

型模 ，将含有辨识待参数的方作程可为利用两个 型具模相同有理物义的输意出调 型模，量 误差的构合适的成适自律应， 来实时节调可 模调待型识的参辨数，最 达终到控对象的制输出 随参考模跟型的目。MR的AS是 种基一于稳定性 设的计数参识方法辨 通过选取合，的自适应律适 可， 证参保辨数的渐进识收敛 1 2． 参考模的选择型

3 ［］

MR。A 系统结S如构 图1 示所。

MRAS

用采两种结不同构，输入变量也 同 的模型， 其不以不包中待含辨识机转速的模电作 型参考模为，型 包以待辨识电机转速含模的型作为可 调型。模电压 模型方为程L r rαuψ= ［ （ su －α Rs i sα d） t－σ s iLsα］ （1） L

∫m

图

1

M

RA S系统结构

ψ

r u =β

r ［L （us β － Rsi β ）sd － tL σsi sβ ］ （2） L

m

∫

2改

进型压模型电

—

分别为—两相转子磁，链式

中： ψα ， r ψr β 其中—下标 表示u电压模；型 r L —— 转子电感；— L — — —互感； u smα ， su β ———分 别为两定子相压； i电 αs ， isβ — ——别分两为相定电子； Rs流— — 定—电子阻；Ls — — —定电感子； L 2 — m—感系漏，数。 σ —σ= 1－Ls Lr 1． 可调3型模选的 择电模型流方程为Lm ψr i r ^ψr i pβ ψαri =i － αω T －rsα rT pψ r β imLψr ^ir ψ r i α =i －β ω+T r βs rT

从

（ 1式） 、 式 （2 ） 可看，出电压模 中型存纯在， ， 积分环节 实际计算 存中两在个问题： 一第是 因为积只有 ψ 从r相位零开始积才能 分初值问题分，使输 值出正， 确则一直包否一个含初直始流分 ； 第二是直流漂量移致积分溢导，出 实际应中因为用传 感器差误起引电压电的检测流差偏，直 偏流 在长时间置积分后导纯积致分 环积分漂移及现象 ，的溢出，节使 得估磁链不算准， 造矢量控制的成 性能差。 变克为服述上问题 采用，增一个高通滤波器 加环节消除影以。响算环估传节函递数为x s ·x = ss + ω c s ω+ —c— 系输统入 式中； x： y— =y— — 系统—输；出1 — ——纯积分 节；环s — —止频率。截ωc —传由函数可知递 纯，分积一与高通滤阶波 的器合可等效组为一惯阶环性。节 于一阶由性惯节环引入的会得磁使幅值链衰 6）

（ 3）（（ 4）

—电—流模型 ；中： 下式 标— p—i— 微—分算；子 Tr— — —转 时子常间，数T =r L / rRr； ^— —子转频角。率 ωr —

—18

—

0221 ，39 （ 2）

控

制与应技用术EMCA



并使相位滞减后当。运频率等行于阶一性惯环 节2，的截止 率频， 时磁链测观值幅约实为际 的 1/槡 相 滞后位实际值 π/ 4 ， 如不进果行效有补， 偿导 致将场磁定向置位准不， 使得确矢控量制解耦完不 全 所以，要进需行有效补。 偿子转磁补链参考偿值可使 用电模型流磁的链出输值

［4］

也可使，电

压用型模输出过饱和经限幅后的作值为链参考磁补 5 ［ ］ 偿，本 系中采统的改用型的电压进模型图如 所2示

图。3 速无度传器感矢量制系统控图

框

仿真结果4分析

及为验

上述速证度估算的法正性确方及的可 ，案 性行在 MATL B A/ Smilunki 下建立无传感了器 矢量制仿真控系， 统进并行仿真仿真中采用的。步异

2图改进 型电压模结构型框

图

^ 设转子磁，的链测值观 ψ r 未为补偿值为ψ r从。图 可得到2

： =^ψ r r TT sψ rr +ψ* 1 r* ε= +ψ =rT r + 1sT r s+ Tr1s +1

*ψr+ （ ψr － ψr ）

f N

= 5 0H z、np =机电的定额参如数：下 PN= 4 kW、2 、UN= 4 0 V0、R s = 1 ．45 0、ΩR r =1 3．5 Ω、 9mL L=s L=r = 0． 0 2 1H、J 0． 01= 13 kg·m 。2 0 ．452H、 仿真过 中采程定用步的长法求解， 仿真算接 法 oed3t2。b仿 真 时 载 起 空动， 在统运行到系t = 0 ． s 2，时突 加 一 个 阶跃负 载 矩，转 大为 小1 N0m。·仿 真结果如图4 、 图 5所。示

1

T r s+

（ 1）7

*

该方是通过法引入定电子流 d分轴量i m ，s与 *互感 L m 相乘 得到，参考值ψ r ， 通过低通滤波器补 偿磁链 幅与相值。位方法更简该单 易于，现，实有

好较的效果。 由 式 （ 7 可）知 ，假设磁链初始 * *值 r =ψψ r， 则误差 为零；当 初始值ψ r ψ≠r ， 存在 积^ 动 收 分态漂移， 时进型的改压模电开始型引起ψ r敛 ，收敛速度决取滤于波时间常数 Tr 。 于受电 由、 温流度 频、率变等引化起电阻变化导致的估的 误差算 可，过选择适当的 通Tr 来加以削 弱， 有效 能抑制积分移， 漂到比较得准的 ψ确r 。

（a） 真值

实

3

速无度传感矢量器控系制的设计

统（

） b采未改进型电压用模

无速度型感器矢传量制系统的结构如控图3 所MRAS 块、模 P I调 节 器和 示， 由 坐标 变 换 模 块 、SVPW 模块等组成。 M通过测检电的子电、 电压 经流 3过s 2/ s换得变到 β 坐α系下的定子标压 u 电αs、 u s β电流 i和 α 、 sis β， 这将些输量到入MR A 转速S 算估模块改进与型电模压磁链型测模观得块转 ^ 到r与磁链角 φ ， 速估算值ω 分反馈别转到比较速环节， 及用于以旋转逆变的换链磁角向定。

— 19 （—c） 采用改进型电 压模 图4型 子转链幅磁值

制与应用控术技EMAC

2021 ， 39 2（ ）



图

4 a）（ 转为子链的磁真实值，图 4 （b ） 为 未采 用 改 进 型电 压 模 时型得 到 转的 子磁 链幅 值 ，图 （4 ）c为采用改进 电型模型压时到得转子的 链磁值幅。由图 4 可看 ，出进 行误差补偿改进的型压 电模估型算的链， 磁未进行比误差补的电压偿型 模且快趋更 算估的磁幅值链更加接近于际磁实链， 于定稳。 图5 （） 为a未用采进改型电压模型时到的 转得子链与磁际实磁链的相对位 ，比 图 5（ b 为采用 改进型）压模电时得到的型子转磁与实际磁链链的 位相比。对 纵标坐为磁链，角 以度弧表示，制

为 － π3 π～ 磁链周期为，0 ．003 s 。 22

图

6 为 MRA S 环估算转速节实际转速与对的 比由。 6图 看可，出 估算转速能速快跟实际转随 ， 速误差小。

较6

图估

转速算实与转际

5

速

结语

仿真果结表，明 用应进型改压电模对转型子磁 链行进算估，改善了 传电统压型对转模子链 磁较好补地偿了一阶由估 的幅算和相值的误位，差惯 性环节在频低产段的生观误测，差 有具好的 稳较和动态性态等优点。 能RAM 原S简理，单实用性较 强，受 统参系影 数响较小 ，能电机转对速出做准较确估算 的 ，快速 跟踪实可际转。

速（

a 未采）用改型电进压模型

估此算环节用适于矿用电车机量控矢制 系统 【。 参 文 献考

［1 】］张 毅阮，，张毅毅，等．鸣 于基d PsC601I0 的牵引 ． 机 电与控 应 制， 用变频型器制系统设控计［］J 0029 （2 ） ：3．6 ［2］ 顾 军，青春许 直接．转控矩制在矿用机电车流 ．交煤 机 矿械，0062 （8） ： 104传动 的 应上用［ ］ 14J．3［3 ］ 文和平庄旭，黄桂，春，等．利用 时无功实现瞬 异 防．爆电 电机无传感步矢量控器的新方制［法J］ 025 （0 1 ： ）518． 机，1 4［］ 高剑， 守黄道马，枫，等晓． 基于互交 式MRA 策 S的略无轴承步电异机速度无感器传矢量制系控统［ J ］． 电工术学技报 ，008 ，22 3（ 1 1） ： 1446 ［5 ．］ 邱阿瑞尹，，王光辉雁． 永东基于 李DS 的无P 速］J ． 华清学大校 度感传器异步电矢量机制系控统 200［ ， 411（ 3 ）：2124 ．报 ， 收稿期日 ：0121 －0 7－ 40

（

） 采b改用型进电压模型图 转子5链磁相

位

图 5 （由a 可看），出 未进误差行补偿的压模电型 算磁链估相的位比际磁实链位滞后 0相 ．00 0 8 3×0° 6= 9 ．6° ； 由图 5（b ） 可看，出采用了 0 ． 0 3行进差误补的偿进型电压改模估算磁型的相位 0． 链00 0105× 30° 6=1． 8 。° 实比 际 磁链相 位 滞 后 ． 000 故通过3误差补偿 ，得估使磁算的链相滞位后题问 ，得 改到善 更接实际近相。

位—

2 0 —