一种基于二阶广义积分器的永磁同步电机定子磁链观测方法

2 仿真研究

　　为了验证本文所提出的基于ISOGI的定子磁链观测器的优越性，进行了基于MATLAB/Simulink的仿真研究。仿真和实验所用电机的额定功率为110KW，额定电流250A，额定电压380V。

　　为了突出该算法的优势，对比研究了该算法与传统的电压电流模型磁链观测器算法。

　　传统的电压模型磁链观测器直接对反电动势进行积分，从而获得定子磁链。然而积分算法受积分初始值和积分漂移的影响。图4给出了电机运行于400r/min，电流为60A时的仿真结果，人为在反电动势中加入了直流偏量，以突出两种算法的优劣。由图4可清晰地看到，传统的电压模型受积分初始值和直流漂移的影响，导致定子磁链不能正确得到估计，而基于ISOGI的算法则不受积分初始值和积分漂移的影响。

3 实验研究

　　为了进一步验证所提算法的有效性，对基于ISOGI的定子磁链观测器的性能进行了验证，实验结果如下。

　　图5为转速100r/min，转矩电流50A时的电压、磁链及电流的稳态波形图，从图5中第1个波形可以看出，基于ISOGI得到的磁链滞后约为90º，说明其实现了纯积分器的功能;由第2波形可以看出，磁链超前 90º，幅值相等均等于指令值2，角度的零点为的过零点;由第3波形可以看出电流I_a幅值达到相应的指令值。以上结果表明基于ISOGI的定子磁链观测器可以正常工作，具有较好稳态特性。

　　图6为电机加载时定子电压与电流实验波形，可以看出系统具有较好的动态响应特性。

4 结论

　　本文提出了一种基于ISOGI的永磁同步电机定子磁链观测器，分析了其实现原理和性能，并与传统的电压模型定子磁链观测器进行了对比。通过仿真和实验验证，得出以下结论：

　　(1)ISOGI环节能够对输入正弦信号实现纯积分器的功能，但没有纯积分器因输入信号初值、测量误差、采样误差等引起较大直流分量及积分饱和的问题。

　　(2)ISOGI环节中设置不同的增益系数k可以使其频响特性可以在低通滤波器和带通滤波器中变化，因此可以根据输入信号中谐波分布的不同设置合适的k值。但在不同k值时ISOGI在基波频率处始终表现为纯积分器特性。

　　(3)基于ISOGI的磁链观测器结构简单，易于工程实现;具有良好的动稳态特性，可以满足电动汽车驱动控制的要求。

参考文献：

　　[1]吴轩钦,谭国俊,宋金梅,等.基于混合磁链观测器电励磁同步电机矢量控制[J]. 电机与控制学报,2010,14 (3): 62-67

　　[2]Ohmori Y，Fujita H，Mitsuhashit. A spatial vector controlled inverter for induction motor drive without speed sensor[C]. Proceedings of the First International Power Electronics and Motion Control Conference，1994，June 27-30，1994，Beijing，China.1994: 466-471

　　[3]Hu Jun，Wu Bin.New integration algorithms for estimating motor flux over a wide speed range[J].IEEE Trans.Power Electronics, 1998, 13(5)：969-977

　　[4]贾洪平，贺益康.一种适合DTC应用的非线性正交反馈补偿磁链观测器[J].中国电机工程学报，2006，26(1)：101-105

　　[5]Idris N R N, Yatim A H M . An improved stator flux estimation in steady-state operation for direct torque control of induction machines[ J] . IEEE Transact ions on Industry Applications, 2002, 38(1) : 110- 116

　　[6]何志明, 廖勇, 向大 为. 定子磁链观测器低通滤波器 的改进 [J] . 中国电机工程学报, 2008, 28(18) : 61- 65

　　[7]唐芬，金新民, 周啸, 等. 基于低通滤波补偿积分器的直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制[J]. 北京交通大学学报, 2011, 35(5): 94-100

　　[8]黄雷, 赵光宙, 年珩. 基于扩展反电势估算的内插 式永磁同步电动机无传感器控制[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(9) : 59- 63.

　　[9]张猛，肖曦，李永东.基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器[J].中国电机工程学报，2007，27(36)：36-40.

　　[10]Hasegawa M，MATSUI K.Position sensorless control for interior permanent magnet synchronous motor using adaptive flux observer with inductance identification[J].IET Electric Power Application，2009，3(3)：209-217.

　　[11]汪令祥, 张兴, 张崇巍, 等. 基于位置观测的直驱系统 无速度传感器技术[J] . 电力系统自动化, 2008, 32(12): 78- 82.

　　[12]Shinnaka S.New sensorless vector control methods based on a new minimum-order flux state observer in the“D-module” for permanent magnet synchronous mtors[J].Electrical Engineering in Japan，2005，151(2)：46-59.