基于自適應觀測器的三電平無速度傳感器DTC 系統

2.3 增益反饋矩陣的選取

為了易于選擇自適應全階狀態觀測器的增益反饋矩陣，引入線性化分析方法，容易建模也容易分析[4]。將式(4)變換為

借助于閉環速度估計的動態模型，可以方便對選擇的參數進行分析。當然還要借助于強大的Matlab 工具，便于選擇增益矩陣和速度PI 參數。

為了保證系統的穩定性，并使得系統有著快速的響應速度，結合零極點的位置和系統波特圖[4]。選擇出如下的反饋增益矩陣G。

3 三電平無速度傳感器DTC系統

基于合成矢量表和自適應全階狀態觀測器，可實現無速度傳感器三電平異步電機直接轉矩控制，其結構框圖如圖6 所示。整個系統分為兩個模塊：直接轉矩控制模塊和自適應全階狀態觀測器模塊。自適應全階狀態觀測器的輸入為三電平逆變器的輸出電壓us和定子電流is。自適應全階狀態觀測器模塊辨識出轉速棕r 和定子磁鏈棕s，轉速由速度自適應律的式(7)辨識出，辨識的轉速參與控制，實現無速度傳感器DTC運行。采用合成矢量的PWM控制策略，可以有效地將三電平逆變器的PWM 控制和異步電動機的DTC 控制加以分離，相對獨立地實現不同的控制目標，從而避免了互相矛盾的問題，為提高控制性能拓展了空間。

形圖。可見，采用新型自適應全階狀態觀測器結構，系統在低速甚至于零速狀態下可穩定運行，能夠準確的觀測出定子磁鏈和轉速，且具有較好的動靜態性能。另外，合成矢量方法較好的控制了系統中點電壓，中點電壓偏移控制在0.5 V 以內，如圖(d)所示，并且簡化了矢量選擇，很好地抑制了dv/dt的變化，為提高控制性能奠定了基礎。

4.2 全速范圍穩定運行

預設轉速為1 rad/s，空載，仿真時間4 s，1 s后轉速突變為80 rad/s，3 s后轉速突變為140 rad/s。圖8 為該情況下的波形圖，(a)為轉速波形，棕r* 為給定轉速，棕r為辨識轉速;(b )為對應的轉矩波形圖;

(c)為定子磁鏈的波形圖;(d )為定子電流的波形圖。可見采用合成矢量方法和新型自適應全階狀態觀測器結構，系統在全速范圍內穩定運行，并且具有良好的動靜態性能。

5 結語

合成矢量方法為三電平逆變器實現DTC 算法提供了一個良好的接口，能有效地控制三電平逆變器的中點電壓，并成功地防止了過高的電壓跳變，顯著簡化了空間矢量選擇。新型自適應全階觀測器方法能夠準確地觀測定子磁鏈，應用于異步電動機的DTC控制中具有出色的魯棒性。實現三電平逆變器供電下的異步電動機無速度傳感器運行，并在低速情況下也能達到良好的穩態和動態性能。仿真表明了這種方法的有效性。