电压和电流型磁链观测器学习

导读：本期主要介绍电流型和电压型磁链观测器，通过Bode对其进行参数敏感性分析，得到其适用范围。

如果需要本文中的仿真模型，可关注微信公众号：浅谈电机控制，获取。

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一、转子磁链观测器

转子磁链观测器利用定子电压、定子电流或转子转速信号观测出转子磁链的

相位和幅值。如果转子磁链的相位观测不准，那么定子电流的励磁分量与转矩分量就不能实现完全的解耦，可能会造成系统的振荡甚至不稳定。如果观测出转子磁链的幅值偏大，会使得电机运行在弱磁状态，减小带载能力；如果观测出转子磁链的幅值偏小，会导致过大的励磁电流，使电机的铁心饱和，严重时还会导致绕组过热而烧坏电机。因此决定整个矢量控制系统性能优劣的最为关键环节就是转子磁链观测器。

1.1 电压型磁链观测器

从式(2-51)可以发现该观测器具有以下特点：

(1) 该模型与转子电阻无关，且不需要电机转速信息，适合用于无速度传感器矢量控制系统；

(2) 包含一纯积分项，被积项的初始相位与直流偏置都会影响积分结果；

(3) 低速时观测器性能较差。因为低速时给定的定子电压幅值小，电机端电压难以精确获得，定子电阻的阻值在运行过程中又会发生变化，使得被积项产生

明显的相对误差。

针对电压模型磁链观测器包含纯积分环节和低速性能差的问题，主要有三个改进措施：

(1) 采用其他环节来替换掉纯积分环节，例如一阶低通滤波环节，针对一阶低通滤波环节会带来幅值和相位的误差以及无法消除直流偏置影响的问题，文献提出了许多改进型的积分器；

(2) 对逆变器的非线性误差电压进行补偿。逆变器的驱动信号中存在的死区时间、开关管的导通压降和开通关断时间都会使得逆变器的参考电压和实际输出电压产生一定误差，尤其在低速时，由于给定电压的幅值小，重构的定子电压与实际值的相对误差变得尤为明显。如何尽可能地减少给定电压与逆变器输出实际电压的误差不单是电压模型磁链观测器的问题，这是所有用到定子电压的磁链观测器共性问题。

(3) 加入定子电阻的在线辨识，使得在控制系统的运行过程中定子电阻参数能够跟随其实际值变化。

1.2 电流型磁链观测器

 从式(2-53)可以发现该观测器具有以下特点：

二、敏感性分析

2.1基于电流型磁链观测器的参数敏感性分析

图（1）转子电阻取0.5和1.5倍时基于电流型的磁链比值函数的波特图

图（2）互感取0.5和1.5倍时基于电流型的磁链比值函数的波特图

（1）、基于电流模型的转子磁链观测器不受定子电阻Rs偏差的影响；

（2）、基于电流模型的转子磁链观测器在空载时对转子电阻偏差不敏感，但随着负载的增大，对转子电阻偏差的敏感性提高；

（3）、基于电流模型的转子磁链观测器对互感的偏差较敏感。

2.2基于电压型磁链观测器的参数敏感性分析

 

图（3）定子电阻取0.5和1.5倍空载时基于电压型的磁链比值函数的波特图

图（4）定子电阻取0.5和1.5倍满载时基于电压型的磁链比值函数的波特图

（1）、基于电压模型的转子磁链观测器不受电机转子电阻偏差的影响；

（2）、在低速段，基于电压模型的转子磁链观测器对定子电阻的偏差十分敏感，定子电阻的偏差会导致转子磁链的估计值出现较大的幅值和相位误差；在中、高速段，基于电压模型的转子磁链观测器对定子电阻的偏差不敏感。

（3）基于电压模型的转子磁链观测器对互感的偏差不敏感。

三、仿真模型搭建

图5 电流型磁链观测器系统仿真

 

图6 电压型磁链观测器系统仿真

 

四、总结

综上的理论分析可知，电流型磁链观测器在低速区域（<0.1p.u.）具有更好的观测优势，电压型磁链观测器在中、高速区域（>0.1p.u.）具有更好的观测优势。