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基于矢量控制的异步电机速度检测方法的研究 矢量控制/速度传感器/异步电机 1? 引言 ??? 近十几年以来，随着电力电子技术、计算机技术及自动控制技术的不断发展和电力电子器件的更新换代，变频调速技术获得了飞速的发展，交流变频调速技术已经由最初的变压变频控制的变频调速发展到了高性能的矢量控制变频调速，使得交流电机的调速性能达到甚至超过了直流电机的调速性能。??? 交流电机矢量控制理论是德国学者K Hass和F Blaschke建立起来的，作为异步电机控制的一种方式。目前，矢量控制技术已经较为成熟，其控制精度高、动态性能好等优点得到业界的肯定，同时该技术也成为高性能变频调速装置系统的首选方案。矢量控制的精度及动态性能主要由输出电流的检测精度及电流的闭环控制、异步电机速度反馈信号检测及速度的闭环控制决定。速度控制作为系统的外环控制，速度检测主要包括两种检测方法：有速度传感器的速度检测方法；无速度传感器的速度估算法。本文针对这两种检测方法进行研究和探讨。 2? 有速度传感器的速度检测方法??? 有速度传感器的速度检测方法，即码盘测速法，主要采用增量式光电编码器和DSP2812实现。增量式光电编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和0相，A、B两组脉冲相位差90°(正交信号)，0相为每转输出一个脉冲(信号如图1)。DSP2812的每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲（QEP）电路，如果QEP电路被使能后，可以对相应引脚上的正交编码脉冲进行解码和计数。QEP电路可用于连接一个增量式光电编码器，以获得电机的位置和转速等信息；同时，每个事件管理器还具有捕获单元，能够捕捉到捕获单元外部引脚上的跳变，当输出引脚检测到特定的跳变时，通用定时器的值将被捕获并存入到相关的寄存器中，根据前后两次捕获的值，便可计算出电机的转速信息。 图1? 增量式光电编码器输出信号 ??? 根据增量式光电编码器输出信号状态和DSP2812内部的捕获单元及正交编码脉冲电路功能，可将测速方法分为测频法和测周法：??? (1)测频法??? 由增量式光电编码器输出的A、B相信号及DSP2812内部的正交编码电路（QEP）来实现，采用正交编码电路测量电机转速时，首先正确的设置DSP2812内部的寄存器，然后在固定的时间间隔内读取定时器的计数值，根据两次读取值之间的差可以计算出这段时间内电机转过了多少圈，由此计算出电机的转速。??? (2)测周法??? 由增量式光电编码器输出的0相信号和DSP2812内部的捕获单元来实现，采用测周法，首先正确设置DSP2812内部的寄存器，然后通过捕获单元捕捉输入脉冲的上升沿或下降沿，通过定时器计算在两次捕获之间的时间，由此便可以计算出电机转速。??? 两种测量转速的方法，各有其优缺点和适用的条件，测频法在低速检测时，相同的时间间隔内计数器读取的脉冲数较高速时要少，因此误差机会增大，所以测频法适合于检测电机的高转速；采用测周法，在高速检测时，电机转过一圈的时间较低速时要短，定时器的计数值也会比较小，因而得到的转速误差会增大，所以测周法适合于检测低转速阶段的电机速度。通过对两种方法的分析，我们可以采用两种方法相结合的办法来测量电机的转速，以减少误差，提高系统的可靠性。 3? 无速度传感器的速度估算法??? 速度估算法是在无速度传感器的系统上使用的方法。速度估算主要包括以下两个方面的内容：磁通观测；转速估计。??? (1)?磁通观测 图2? 无速度传感器矢量控制总体框图 ??? 矢量控制技术得以有效实现的基础在于异步电机磁链信息的准确获取，一个有效的磁通观测方法可以更准确的对速度进行估算，进而提高系统的稳定性和可靠性。磁通观测主要有电压模型法和电流模型法两种方法，由于电压模型法的算法简单，而且算法中不含有转子电阻信息，受电机参数变化影响较小，因此，更适合于无速度传感器系统。图2为无速度传感器矢量控制总体框图，根据框图所示，进行磁通观测需要电机的相电压和线电流的检测值，再经过3/2变换和2/2变换后，将三相静止坐标系中的定子电压和定子电流转换到α-β坐标系和d-q坐标系下。根据定子电压方程和磁链方程很容易会推到得：???? （1）????? （2）??? (2)?转速估算??? ，在转子磁场定向控制中，这里的q轴电流和转子磁通也可以用参考值代替实际值进行计算，同时由于在无速度传感器矢量控制中，由于带负载后滑差估计存在误差，所以可以通过实验校正出一个系数来对最终的结果进行校正，以保证电机的转速控制在精度要求范围之内。则转子转速为：ωr=ωs–ωsl(ω2为同步转速，ωsl为滑差)。 4? 检测方法的比较及实现??? 高性能的矢量控制系统必须采用速度闭环控制，因此速度是必须需要检测的量，其检测的精度直接影响到矢量控制