王圣朝 白阿伟 姜春霞

摘 要：设计了基于模型参考自适应（Model Reference Adaptive System，MRAS）的永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。通过对自适应率的设计，实现了无速度传感器电机控制，在MATLAB/Simulink环境下构建了仿真模型，仿真结果表明基于MRAS的无速度传感器控制对转速和转子位置角有很好的辨识效果。

关键词：永磁同步电机；MRAS；矢量控制

中图分类号：TM341 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0054-02

Abstract： A sensorless vector control system for permanent magnet synchronous motor （PMSM） based on model reference adaptive system（MRAS） is designed. The speed sensorless motor control is realized by designing the adaptive rate， and the simulation model is constructed in MATLAB/Simulink environment. The simulation results show that the speed sensorless control based on MRAS has a good identification effect on the rotational speed and rotor position angle.

Keywords： permanent magnet synchronous motor （PMSM）； model reference adaptive system （MRAS）； vector control

1 概述

永磁同步电机具有其他电机无法比拟的优点，如结构简单、体积小、效率高等，因而得到了越来越广泛的应用。传统的检测方法多采用光电编码器或者旋转变压器等传感器，其对控制系统要求比较高，成本也较高，导致应用场合与环境受到了限制。为了克服机械传感器的这些弊端，无速度传感器技术成为了电气传动研究领域的研究方向之一。

近年来许多学者对永磁同步电机的无速度传感器控制进行了一系列的研究，如通过电动机本体、感应电动势和磁链来计算速度；用模型参考自适应原理来辨识速度；向电机注入特定的高频电压或电流信号等，以确定转子位置从而检测出转速。本文以MRAS为基础来估算电机转速。

2 基本理论

模型参考自适应系统是从20世纪50年代后期发展起来的，它属于自适应系统的一种类型。从结构上MRAS可以分为可调模型、参考模型及自适应律3个部分。MRAS的辨识思想是把不含有未知参数的表达式作为期望模型，而将含有待辨识参数的表达式用于可调模型，且两个具有相同物理意义的输出量，利用两个模型的输出量之差，通过合适的自适应律来实现对异步电机参数的辨识。

3 参考模型和可调模型的确定

以表贴式永磁同步电机（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM）为研究对象，PMSM的dq轴数学模型满足以下4个条件：（1）忽略电动机铁心饱和；（2）不计磁滞和涡流损耗；（3）转子上没有阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用；（4）绕组中感应电动势是正弦波。

5 基于MRAS的控制系统仿真分析

5.1 仿真建模条件与参数

本文采用id=0的矢量控制策略，速度控制器和电流控制器采用PI控制，在MATLAB/Simulink仿真平台搭建模型，电机参数设置如下：极对数Pn=4，定子电感Ld=Lq=8.5mH，定子电阻R=2.875欧，磁链F=ψf=0.175wb，转动惯量J=4.8×10-6kg·m2，阻尼系数B=0N·M·s。直流侧电压Udc=311V，PWM开关频率fPWM=10Khz。

5.2 结果分析

仿真结果如下图所示，在t=0.2s时，将负载T=0N·m突变到T=1N·m。图1和图2分别表示转速实际值和估计值变化曲线和偏差变化曲线，以及在t=0.2s处转矩突变情况。

6 结束语

通过仿真结果可知，开始时电机转速从0上升到参考转速600r/min时，转速估计误差在转速上升阶段有较大差值，随着转速的上升和稳定运行后，转速估计误差变得很小。在转矩突变时，转速有较大波动，经过短暂调整，转速达到稳定。通过分析可知，在空载、负载突变和转速突变的情况下，基于MRAS的无速度传感器控制具有很好的动态性能和鲁棒性，辨识精度较高。

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