本發(fā)明屬于電力拖動領(lǐng)域，涉及雙饋電機(jī)無速度傳感器控制，特別涉及一種雙饋電機(jī)無速度傳感器的控制器設(shè)計方法。

背景技術(shù)：
雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和無功功率可靈活獨(dú)立調(diào)節(jié)，且用于勵磁控制的變流器的容量大約只需電機(jī)額度容量的30％，成本較低，是當(dāng)前變頻調(diào)速和變速發(fā)電的主流機(jī)型之一。雙饋電機(jī)的無速度傳感器控制，可降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性，減少系統(tǒng)安裝和維護(hù)工作，且能使系統(tǒng)更加適應(yīng)于在惡劣環(huán)境下工作，因此一直是電力拖動領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，雙饋電機(jī)的無速度傳感器控制，主要采用模型參考自適應(yīng)觀測器獲取雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角信息。其中，轉(zhuǎn)速觀測值用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)子位置角觀測值則用于實(shí)現(xiàn)定子、轉(zhuǎn)子的電壓、電流和磁通等物理量的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和反變換?，F(xiàn)有的模型參考自適應(yīng)觀測器，無法克服雙饋電機(jī)參數(shù)誤差對轉(zhuǎn)子位置角觀測結(jié)果的影響。以基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器為例，當(dāng)勵磁電感飽和時，其轉(zhuǎn)子位置角觀測值存在較大誤差，會影響雙饋電機(jī)無速度傳感器控制的性能，在某些條件下甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。該問題嚴(yán)重制約了雙饋電機(jī)無速度傳感器控制方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋電機(jī)無速度傳感器的控制器設(shè)計方法。針對勵磁電感飽和情況下基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差對雙饋電機(jī)無速度傳感器控制性能的影響，通過計算雙饋電機(jī)在全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差的最大變化范圍，有針對性地設(shè)計輔助控制器及其參數(shù)，保證勵磁電感飽和時雙饋電機(jī)無速度傳感器控制方法仍能正常運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種雙饋電機(jī)無速度傳感器的控制器設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟1：針對基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器在勵磁電感Lm飽和時的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差，采用如下公式計算雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差的最大變化范圍：其中，λds為定子d軸磁鏈的實(shí)際值，步驟2：先不考慮勵磁電感飽和導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差，設(shè)計雙饋電機(jī)無速度傳感器控制算法的主控制器輸出電壓如下：其中，udr主控制和uqr主控制分別是主控制器輸出的轉(zhuǎn)子d軸和q軸電壓，k為控制器常數(shù)，Ls和Lr分別為定子和轉(zhuǎn)子電感，Rr為轉(zhuǎn)子電阻，pn為雙饋電機(jī)極對數(shù)，和Te分別為電磁轉(zhuǎn)矩參考值和實(shí)際值，和Qs分別為定子無功功率參考值和實(shí)際值，ωe為電網(wǎng)同步角速度；步驟3：針對勵磁電感飽和導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差對雙饋電機(jī)無速度傳感器控制算法的影響，設(shè)計輔助控制器輸出電壓如下：其中，udr輔助控制和uqr輔助控制分別是輔助控制器輸出的轉(zhuǎn)子d軸和q軸電壓，satTe和satQs為飽和函數(shù)，KTe1、KTe2、KQs1、KQs2為輔助控制器參數(shù)；根據(jù)步驟1所計算出的勵磁電感飽和時雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差Δθr的最大變化范圍，結(jié)合雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)定子磁鏈λds、電磁轉(zhuǎn)矩Te、無功功率Qs、轉(zhuǎn)差角速度ωslip、轉(zhuǎn)子電壓udr和uqr的最大變化范圍，按如下公式設(shè)計輔助控制器參數(shù)：步驟4：將步驟2所設(shè)計的主控制器輸出電壓和步驟3所設(shè)計的輔助控制器輸出電壓分別按d、q軸相加，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子控制電壓如下：步驟5：將定子磁鏈?zhǔn)噶康南辔唤菧p去步驟1所述的轉(zhuǎn)子位置角觀測值采用所獲得的角度差將步驟4所述的udr和uqr從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，并采用空間矢量PWM調(diào)制產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，用于控制雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。進(jìn)一步地，在步驟1中，基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器的數(shù)學(xué)模型如下：其中，Lm和Lls分別為勵磁電感和定子漏感，和分別為定子電流矢量和定子磁鏈?zhǔn)噶康膶?shí)際值，和分別為轉(zhuǎn)子電流矢量的實(shí)際值和觀測值，idr和分別為轉(zhuǎn)子d軸電流的實(shí)際值和觀測值，iqr和分別為轉(zhuǎn)子q軸電流的實(shí)際值和觀測值，和分別為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和位置角的觀測值，kp和ki分別為觀測器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對勵磁電感飽和情況下基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差對雙饋電機(jī)無速度傳感器控制性能的影響，通過計算雙饋電機(jī)在全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差的最大變化范圍，有針對性地設(shè)計輔助控制器及其參數(shù)，克服勵磁電感飽和導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差對雙饋電機(jī)無速度傳感器控制性能的影響，保證勵磁電感飽和時雙饋電機(jī)無速度傳感器控制方法仍能正常、穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，使其能更好地應(yīng)用于工程實(shí)踐。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。附圖說明圖1為勵磁電感未飽和情況下采用傳統(tǒng)無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果；圖2為勵磁電感未飽和情況下采用本發(fā)明所述的對勵磁電感飽和魯棒的無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果；圖3為勵磁電感飽和情況下采用傳統(tǒng)無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果；圖4為勵磁電感飽和情況下采用本發(fā)明所述的對勵磁電感飽和魯棒的無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。一種雙饋電機(jī)無速度傳感器的控制器設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟1：基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器的數(shù)學(xué)模型如下：其中，Lm和Lls分別為勵磁電感和定子漏感，和分別為定子電流矢量和定子磁鏈?zhǔn)噶康膶?shí)際值，和分別為轉(zhuǎn)子電流矢量的實(shí)際值和觀測值，idr和分別為轉(zhuǎn)子d軸電流的實(shí)際值和觀測值，iqr和分別為轉(zhuǎn)子q軸電流的實(shí)際值和觀測值，和分別為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和位置角的觀測值，kp和ki分別為觀測器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；針對所述基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器在勵磁電感Lm飽和時的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差，采用如下公式計算雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差的最大變化范圍：其中，λds為定子d軸磁鏈的實(shí)際值，步驟2：先不考慮勵磁電感飽和導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差，設(shè)計雙饋電機(jī)無速度傳感器控制算法的主控制器輸出電壓如下：其中，udr主控制和uqr主控制分別是主控制器輸出的轉(zhuǎn)子d軸和q軸電壓，k為控制器常數(shù)，Ls和Lr分別為定子和轉(zhuǎn)子電感，Rr為轉(zhuǎn)子電阻，pn為雙饋電機(jī)極對數(shù)，和Te分別為電磁轉(zhuǎn)矩參考值和實(shí)際值，和Qs分別為定子無功功率參考值和實(shí)際值，ωe為電網(wǎng)同步角速度；步驟3：針對勵磁電感飽和導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差對雙饋電機(jī)無速度傳感器控制算法的影響，設(shè)計輔助控制器輸出電壓如下：其中，udr輔助控制和uqr輔助控制分別是輔助控制器輸出的轉(zhuǎn)子d軸和q軸電壓，satTe和satQs為飽和函數(shù)，KTe1、KTe2、KQs1、KQs2為輔助控制器參數(shù)；步驟4：根據(jù)步驟1所計算出的勵磁電感飽和時雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角觀測誤差Δθr的最大變化范圍，結(jié)合雙饋電機(jī)全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)定子磁鏈λds、電磁轉(zhuǎn)矩Te、無功功率Qs、轉(zhuǎn)差角速度ωslip、轉(zhuǎn)子電壓udr和uqr的最大變化范圍，按如下公式設(shè)計步驟3所述的輔助控制器參數(shù)：步驟5：將步驟2所設(shè)計的主控制器輸出電壓和步驟3所設(shè)計的輔助控制器輸出電壓分別按d、q軸相加，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子控制電壓如下：步驟6：將定子磁鏈?zhǔn)噶康南辔唤菧p去步驟1所述的轉(zhuǎn)子位置角觀測值采用所獲得的角度差將步驟5所述的udr和uqr從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，并采用空間矢量PWM調(diào)制產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，用于控制雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。為驗(yàn)證本發(fā)明所提出的一種雙饋電機(jī)無速度傳感器的控制器設(shè)計方法的效果，分別在勵磁電感未飽和、勵磁電感飽和的情況下，對傳統(tǒng)無速度傳感器控制器和本發(fā)明所提出的無速度傳感器控制器進(jìn)行仿真對比，結(jié)果如圖1至圖4所示。圖1為勵磁電感未飽和情況下采用傳統(tǒng)無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果；圖2為勵磁電感未飽和情況下采用本發(fā)明所述的無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果?？梢?，當(dāng)勵磁電感未飽和時，基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器所輸出的轉(zhuǎn)子位置角觀測值與實(shí)際值的誤差很小，因此兩種控制器均具有良好運(yùn)行效果。圖3為勵磁電感飽和情況下采用傳統(tǒng)無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果；圖4為勵磁電感飽和情況下采用本發(fā)明所述的無速度傳感器控制器時雙饋電機(jī)的運(yùn)行效果。可見，當(dāng)勵磁電感飽和時，基于轉(zhuǎn)子電流的模型參考自適應(yīng)觀測器所輸出的轉(zhuǎn)子位置角觀測值與實(shí)際值的誤差在電磁轉(zhuǎn)矩階躍變化至-8Nm后明顯增大。此時，采用傳統(tǒng)無速度傳感器控制器的雙饋電機(jī)發(fā)生了電磁轉(zhuǎn)矩振蕩，無法穩(wěn)定運(yùn)行，而采用本發(fā)明所述的無速度傳感器控制器的雙饋電機(jī)仍然維持穩(wěn)定運(yùn)行?？梢?，本發(fā)明所述的雙饋電機(jī)無速度傳感器控制器對勵磁電感飽和具有很強(qiáng)的魯棒性。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。