2500kW同步电机中基于MRAS的电压模型改进

1 引言
随着现代控制理论、电力电子学和计算机技术的迅速发展，高性能的变频调速系统一般离不开速度的闭环控制，这样必须实施获取电机转速[1]。在实际应用中通常会利用电机同轴安装高精度的速度或者位置传感器，然而这些机械传感器在实际应用中存在许多问题：高精度、高响应的速度和位置传感器的成本较高；在安装时可能出现同心度问题，与实际转子位置出现偏差；因此，为符合工业应用的需求，解决编码器给系统带来的缺陷，研究开发可靠且低成本的无传感器控制方法[2]，已成为电机驱动控制领域中一个重要的发展方向。
对于同步电机变频调速控制，比较常用的手段是磁场定向矢量控制方法，其中磁链观测器又是关键单元。同步电动机气隙磁链可由定子电压、电流计算出来, 常称为电压模型，其主要是通过对同步电动机感应电势进行积分来获得,然而该方法在计算过程中需要引入一个纯粹的积分环节, 该积分环节会带来直流偏置误差和积分零点漂移问题。
为了解决以上两个问题，可采用一种新的方法来实现，即无速度传感器控制。
目前无速度传感器控制方法主要有直接计算法[3]、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法(e k f) [4]、转子齿谐波法、高频信号注入法[5-6]、基于人工神经网络估计法等，但这些转速估算方法大多存在对电机定子电阻变化敏感、鲁棒性差等问题。
以往研究的无速度传感器技术主要针对三相感应电机、永磁同步电机等，本文提出一种利用lyapunov稳定性法则证明的基于模型参考自适应法(mras)[7]的同步电机无速度传感器矢量控制系统，可实现电机转速估算和磁链幅值、位置角检测。最后，利用psim软件建立本调速控制系统的仿真模型，仿真结果验证系统的正确性和可行性。

2 采用lyapunov理论的电励磁同步电机速度mras辨识方案
模型参考自适应控制是不同于自校正控制的另一类自适应控制[8-9]，其基本原理是：根据被控对象结构和控制要求，设计参考模型，使其输出表达对输入指令的期望响应，然后通过模型输出与被控对象输出之差来调整控制器参数，使差值趋向与于零，也就是使对象输出想模型输出靠近，最终达到完全一致推演参数自适应规律的方法有两种：梯度法和稳定理论法，本文基于lyapunov稳定理论推出电励磁同步电机的相关参数自适应规律进而得出控制结构[10]。
由于同步电机外部控制量只有定子电压和转子激磁电压，电机阻尼回路的电量不能直接控制，为了便于分析，可以从同步电机dq0轴系数学模型中消去阻尼电量，使五维模型降至三维模型[11]。