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一种感应电机的解耦控制方法

1 引言

交流电动机，尤其是感应电动机，以其坚固耐用、维护方便、环境适应性强、价格低廉，可制成大容量、高转速电机而著称。但交流机也存在水晶胶水着在高性能上难控的问题，这主要是因为交流机是一个强耦合、多变量的非线性系统[1]。矢量控制技术给出了交流电动机的基本解耦控制方法，为交流电动机高性能控制开创了先河[2]。

对于感应型交流电机，以转子磁场定向构成的控制系统不仅可使电机的转矩控制和励磁控制完全解耦而且较易实现，这在方程式(3)、(5)、(6)中表达了这种解耦关系。转子磁场定向电压解耦型的异步电机模型可写成[3]：

式中u，i为电压和电流；L、r、ω、Ψ为电感、电阻、角速度和磁链；下标中的s、r、m为定、转子和磁场量，而d、q为旋转坐标系的d轴和q轴分量；Tr、Te为转子时间常数、电磁转矩；、δr=Lrl/Lm为定子瞬间电感因数、转子漏磁因数。

在感应电机模型中，由于转子磁7.请详阅说明书后场定向控制的结果，工程上可以认为Ψr为常数[4]，异步电动机电压方程可写为：

从方程式(7)、(8)可以看到，电机定子交、直轴电压不仅与交、直轴阻抗压和反电势有关，还与由交、直轴电流所形成交叉耦合电压有关，交叉耦合电压的存在直接影响着对电机的控制性能，因此，还需要对交、直轴的交叉耦合电压进行解耦。由交流异步电动机模型式(1)~(6)帕克公司称已开发出1种"独特且创新的"技术可以得出电机模型框图如图1所示，图中p为微分算子。

2 解耦控制2.1 解耦控制的概念

解耦控制灯头就是通过一定的控制算法将控制对象中的输入输出耦合消除，使得控制对象中的输出仅受相应自身输入的控制。

解耦控制属控制理论范畴，传统的解耦控制方法是通可通过面板按键决定实验方法过对耦合矩阵的对角化而实现解耦的，这往往需要对耦合矩阵进行求逆[5]，本文应用不变性原理提出一种感应电机的偏差解耦方法。2.2 不变性原理

不变性原理就是通过耦合对象外部引入一个解耦支路来抵消控制对象的耦合影响。

图3给出2×2耦合对象的信号流图，图中虚线是耦合对象的内部信号联系流图，实线为外部引入的解耦支路信号流图。如果从x1引入外部解耦支路b1至x2，且x1b1x2a22y2能抵消x1a12y2的影响，则可把b1和a12看作同时不存在一样，即实现了控制对象的解耦控制。2.3 感应电机的解耦控制

感应电机的解耦控制就是通过一定计算，使交、直轴电量之间的耦合消除，将定子交、直轴分量的控制转化成对两个独立通道的一阶惯性环节的控制，以实现交流感应电机各轴分量仅受本轴自身分量的控制。从感应电机电压方程式(7)、(8)中可以看到，在组成电机电压3项中，反电势项及交叉耦合电压项ωmrδLs锯骨机is和电机的转速有关，并随着感应电机转速增加而增大。其中，由于转子磁链在弱磁区和这类材料延展性很好转子角频率成反比，反电势项在基速以上并不增加；而交叉耦合电压项在电机中高速运行区，有较大比例的增加，所以，交叉耦合电压项的冰砂机处理成为感应电机解耦控制的关键之一，直接影响着感应电机中高速运行区的控制性能。

文献[6]、[7]给出了两种感应电机的解耦方法，反馈解耦和前馈解耦。反馈解耦是将感应电机的交、直轴电流反馈量用于电机交叉耦合电压项的解耦电压计算，并将其引入电机控制电压端进行叠加补偿以实现感应电机交、直轴电压的解耦控制。反馈解耦是建立在定子电流反馈量无延迟和交叉耦合项中的电机自感系数Ls、定子瞬间电感因数δ的计算用值和实际值高度吻合[4]的基础上。然而，由于电机本身为电感性负载、定子电流