基于新型定子磁链观测器的无传感器直接转矩控制系统研究

直接转矩控制技术按定子磁链定向,因而定子磁链的估计精度直接影响直接转矩控制系统控制性能的好坏,关系到系统能否稳定运行。目前虽然采用了很多方案设计定子磁链观测器,但是它们始终存在低速动态性能差的问题,所以交流调速系统中的定子磁链观测器一直是国内外研究的重点问题。 为了解决定子磁链观测器的低速动态差的问题,对传统定子磁链观测器的动静态性能进行了深入研究,它是定子磁链观测器改进和优化设计的理论基础。研究结果表明除了定子角频率估计误差和直流漂移对传统定子磁链观测器的性能有影响外,定子角频率波动是影响传统定子磁链观测器动态性能的主要原因。推导了改进低通滤波器和层叠式可编程低通滤波器的磁链估计精度与误差信号之间的定量关系。根据理论分析和对比仿真结果得出下列结论:定子角频率波动是影响传统定子磁链观测器动态性能的主要因素;传统定子磁链观测器理论上存在动态跟踪误差问题;先低通后补偿的计算顺序是传统定子磁链观测器动态性能差的根源。 提出了先补偿后低通的定子磁链观测器改进方法,并应用改进方法设计了新型改进低通滤波器和改进层叠式可编程低通滤波器。理论分析、仿真结果和实验结果表明:基于改进方法的定子磁链观测器消除了定子角频率波动对定子磁链估计精度的影响,从根本上解决了传统定子磁链观测器的动态跟踪误差问题,极大提高了定子磁链观测器的低速动静态性能和动态观测精度,大大拓展了低通滤波器的低速运行范围。尤其突出的是,它在极低运行速度下电流谐波也很小;增大低通滤波器的截止频率可以提高新型改进低通滤波器对定子电阻误差的鲁棒性,而且新型改进低通滤波器的动态性能受截止频率增大的影响较小。由于新型定子磁链观测器只需交换传统定子磁链观测器的补偿环节和积分环节的计算顺序,因而传统定子磁链观测器的设计方法均可直接应用于新型定子磁链观测器。另外,针对层叠式可编程低通滤波器的起动问题,提出了一种新的无扰动起动方法。 磁链的准确估计也是速度估计的关键,基于新型定子磁链观测器的无传感器直接转矩控制系统的动静态性能是本文的第二个主要研究内容。理论分析、仿真结果和实验结果表明:基于新型改进低通滤波器和动态方程的无传感器直接转矩控制系统具有优良的动静态性能,计算简单,有较大的工程应用价值。基于新型改进低通滤波器的改进模型参考自适应速度估计方法解决了基于转子磁链的模型参考自适应方法中的理想积分器问题;又由于新型改进低通滤波器对定子电阻误差具有较好的鲁棒性,所以它也较好地解决了定子电阻误差对系统低速性能的影响,从而不需要定子电阻在线辨识。