基于MRAS的异步电机无速度传感器矢量控制

异步电机无速度传感器矢量控制是一种不需要使用速度传感器就可以实现电机速度控制的技术。MRAS（模型参考自适应系统）是实现该技术的关键方法之一。MRAS由于其原理简单、实用性较强，在交流调速系统中得到了广泛应用。该系统的核心是对电机的磁链和转速进行准确辨识。 磁链辨识是异步电机矢量控制中的关键环节。常见的磁链辨识方法有电流模型法和电压模型法。电流模型法需要转子转速的信息，而电压模型法不需要转子转速信息，因此在无速度传感器矢量控制系统中，通常采用电压模型进行磁链辨识。 电压模型中含有纯积分环节，但纯积分环节容易产生积分漂移等问题。为了解决这一问题，可以采用一阶惯性环节来代替纯积分环节，由此引起的误差可以通过参考磁链矢量经低通滤波器后的信号进行补偿。 在磁链辨识基础上，需要对电机转速进行辨识。近年来，各种转速估计方法层出不穷。这些方法包括直接计算法、模型参考自适应（MRAS）、基于自适应全阶状态观测器的方法、扩展卡尔曼滤波器法、神经网络法、齿槽谐波检测法和高频信号注入法等。 MRAS是一种自适应控制方法，它的基本思想是将不含待辨识参数的模型作为参考模型，将含有待辨识参数的模型作为可调模型，两个模型具有相同物理意义的输出量，通过自适应律来调节可调模型参数，以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。MRAS参数辨识思想：将不含待辨识参数的模型作为参考模型，将含有待辨识参数的模型作为可调模型，且两个模型具有相同物理意义的输出量，利用其输出量误差，并通过合适的自适应率来调节可调模型参数，已达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。该方法受电机参数影响小、具有较好的鲁棒性，实用性强。 转子磁链观测是矢量控制中的一项重要技术。在无速度矢量控制系统中，通常采用电压模型和电流模型对磁链进行观测。电流模型需要实测的电流和转速信号，适用于低速运行。电压模型则只需要实测的电压和电流信号，不需转速信号，且算法简单，受电动机参数变化的影响较小。 基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统具有良好的动静态性能和一定的抗干扰能力。在系统设计中，转子磁场定向的矢量控制是关键技术之一，它需要对转子磁链进行准确观测。通过改进的电压型转子磁链估算模型，可以避免积分漂移等问题，而采用可变PI型自适应律，可以进一步提高系统的辨识效果。仿真结果显示，该系统能够达到高性能的控制目标。