文 献 综 述
1 研究意义
电机已经广泛地应用在农业、建筑业、电力行业、运输业等不同的领域。其中交流异步电机有简单的结构与易维护的特点，逐步取代直流电机成为各个领域的应用主力[1]。转速辨识是交流调速系统的重要参数之一，通常有两种方法辨识转速，一种是在电机轴上安装位置传感元件或者光电编码器等；另一种方法是不安装元器件，利用软件算法进行估算转速[2]。但是，许多场合下不允许安装任何速度传感器，此外安装速度传感器在一定程度上降低了系统的可靠性[3]。而设计的无速度传感器矢量控制系统无需检测硬件，有效提高了系统的可靠性，降低了系统成本，减小了系统的体积、重量以及电机与控制器之间的连线。因此采用无速度传感器的交流电机的调速系统具有广阔的应用前景[4]。
2 国内外研究现状
早在20世纪70年代，就有学者提出了转子磁场定向控制理论。它根据直流调速控制的原理，对电机进行了矢量解耦，使电机的转矩与磁链可以独立的进行调节，并成功地应用到了交流电机的控制系统中[5]。这种技术可靠性能好，效率高，促进了交流电机调速的发展，已经成为现在最常用的控制方法之一。但高效的异步电机矢量控制系统，存在着对电机参数的依赖性强，运行过程中及时追踪和检测困难等原因，导致系统的可靠性和经济性受到了一定影响。而无速度传感器技术的出现为交流调速矢量控制系统很好地解决了这些缺陷。无速度传感器控制技术使用从电机中测量到的一些物理量，比如定子电压、电流等来估算速度来代替速度传感器[6]。它不仅简化了系统的机械结构，而且提高了系统的经济性。近年来，无速度传感器矢量控制技术得到了越来越普遍的应用，其中研究较多的有以下几种算法：直接计算法、模型参考自适应系统算法（MRAS）、基于人工神经网络的方法、扩展卡尔曼滤波算法（EKF）[7]以及容积卡尔曼滤波算法（CKF）、遗传算法和基于滑模观测器的方法等，如图1所示。
图1 部分无速度传感器控制方法
直接计算法是根据电磁关系以及转速定义来列出电机转速的表达式，从而得到同步角速度和转差角速度，将两者做差值即可得到实际角速度的方法。在转子磁场定向的基础上，利用稳态公式便可以计算出同步转速和转差转速。该方法简单、计算量小、直观性强、实用性较好，但采用开环计算，无反馈环节，所以系统的稳定性和抗干扰能力不足。因此，在使用此方法时，都会将参数辨识和校正环节同时进行，实时辨识电机参数，得到更准确的结果[8]。
模型参考自适应法（MRAS），将参数方程（不包含未知量）作为参考模型，包含需要估算参数的方程是可以进行调节的模型，两个模型具有相同输出量，且均具有意义。将前面两个模型的输出进行处理后得出的差值就是可调节模型的参数，继而就可以使控制对象的输出与参考模型相吻合[9]。
全阶状态观测器法，是一种使用转子磁链和定子电流的观测值与其测量值的偏差进行转速的估算的一种闭环控制方法。基于扩展龙贝格观测器和基于滑模观测器是目前普遍应用的两种算法。此类方法依旧运用MRAS的思想，不过将算法中的异步电机本身代替了系统的参考模型[10]。全阶状态观测器的转速估计会受到电机非线性特性和电机参数变化的影响以及低速运行时的仍会有一定的不稳定问题。针对这方面，又提出了反馈矩阵设计[11]和转速自适应律设计来提升该方法的低速收敛性。
