[发明专利]重构异步电动机转矩信号的状态观测器简化设计方法

摘要

本发明公开了一种重构异步电动机转矩信号的状态观测器简化设计方法，采取的技术方案是首先建立异步电动机的状态空间模型，将其系统矩阵写成复数形式；然后，确定异步电动机状态观测器的结构，并进行状态观测器的极点配置，求得观测器的增益矩阵K；最后根据观测到的定子磁链和测量的定子电流重构电磁转矩。在复数形式下进行状态观测器的设计，大大降低了状态观测器极点配置的难度和计算量。本发明适用于异步电动机状态观测器设计，进而可实现异步电动机转矩观测；本发明方法的设计原理简单，实现容易，具有较强的应用价值。

主权项

重构异步电动机转矩信号的状态观测器简化设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1）在建立异步电动机状态空间模型的基础上，将异步电动机的系统矩阵写成复数形式并确定异步电动机状态观测器结构，然后配置异步电动机状态观测器的极点；2）重构异步电动机电磁转矩信号；所述步骤1）在建立异步电动机状态空间模型的基础上，将异步电动机的系统矩阵写成复数形式并确定异步电动机状态观测器结构，然后配置异步电动机状态观测器的极点：在异步电动机两相静止坐标系（α β 坐标系）中，选取异步电动机的定子电流iα、 iβ和定子磁链ψα、 ψβ为状态变量，定子电压uα、 uβ为输入量，定子电流iα、 iβ为输出量，建立其状态空间模型；状态方程：（1）其中输出方程：（2）电磁转矩：（3）式（1）、式（2）、式（3）中，Rs、 Rr分别为异步电动机的定子电阻和转子电阻，Ls、 Lr、 Lm分别为异步电动机的定子电感、转子电感和定转子互感，转子侧电阻和电感均已折算到定子侧，ω为异步电动机的转子电角速度,np为异步电动机极对数；在上述状态空间模型的基础上，将异步电动机的系统矩阵写成复数形式；设定子电压、定子电流、定子磁链的复数形式为（4）令异步电动机的系统矩阵A为（5）其中，a11=﹣λ(RsLr+RrLs)， a12=﹣ω， a13=λRr， a14=λLrω， a31=﹣Rs，则异步电动机复数形式的状态方程为（6）则异步电动机复数形式的系统矩阵为（7）将异步电动机的状态方程和输出方程写成矩阵形式：（8）式（8）中，，为x的导数，，，，，A为式（5）所示；构造异步电动机状态观测器结构，则有：（9）其中为状态向量x的观测值，为的导数，为输出向量y的观测值，K为反馈增益矩阵；观测误差的收敛速度由观测器的系统矩阵A‑KC决定；需设计合理的K矩阵对状态观测器进行极点配置，使得观测器的观测误差能够以期望的速度收敛；设复数形式的状态观测器的反馈增益矩阵为（10）令，则异步电动机全维状态观测器复数形式的系统矩阵为（11）根据式（7），求异步电动机的特征多项式为（12）根据式（11），求异步电动机状态观测器的特征多项式为（13）闭环观测器期望极点的选择应从工程实际出发，兼顾快速性、抗干扰性折中考虑；设置异步电动机状态观测器的极点与电动机极点成倍数关系，设倍数为k， 且k大于1，则有（14）进一步（15）求解式（15）得（16）根据式（16），将复数形式的反馈增益矩阵变为4×2的矩阵形式，得（17）进一步，将a11=﹣λ(RsLr+RrLs)，a12=﹣ω， a13=λRr， a14=λLrω， a31=﹣Rs ，代入式（17）得（18）。