本发明涉及一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，包括第一PI控制器、模型参考自适应观测器、优化模块；第一PI控制器、优化模块和模型参考自适应观测器两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统经优化模块连接逆变器，逆变器连接异步电机。参考模块还包括滑模补偿模块，模型参考自适应观测器和优化模块之间还设有转矩和磁链预测模块本发明申请其克服了现有异步电机无传感器控制中存在的控制精准度不够的缺点，通过获得观测速度并计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机，实现对异步电机的高精准控制。
1.一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：包括第一PI控制器(1)、模型参考自适应观测器(2)、优化模块(3)；第一PI控制器(1)、优化模块(3)和模型参考自适应观测器(2)两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器(5)，逆变器(5)连接异步电机(6)；
所述模型参考自适应观测器(2)，用于将由逆变器(5)输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1-4计算出观测速度 该模型参考自适应观测器(2)包括参考模块(2-1)、可调模块(2-2)、转子磁链偏差计算模块(2-3)和第二PI控制器(2-4)，参考模块(2-1)、可调模块(2-2)分别连接到转子磁链偏差计算模块(2-3)，转子磁链偏差计算模块(2-3)通过第二PI控制器(2-4)连接到可调模块(2-2)；所述参考模块(2-1)包括基础参考模块(2-1-1)，基础参考模块(2-1-1)从逆变器(5)输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块(3)；所述可调模块(2-2)，用于将分别由逆变器(5)输出端、第二PI控制器(2-4)获得的定子电流和观测速度 通过公式
2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)；所述转子磁链偏差计算模块(2-3)，用于将分别由参考模块(2-1)、可调模块(2-2)获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器(2-4)；所述第二PI控制器(2-4)与第一PI控制器(1)连接，用于将由转子磁链偏差计算模块(2-3)获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块(2-2)和第一PI控制器(1)；
所述第一PI控制器(1)，用于获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块(3)；
所述优化模块(3)，用于将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器(1)获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器(5)输出最优电压值给异步电机(6)；
其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互
感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流，Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的，ε是转子磁链偏差量，观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量，kp和ki是PI控制器的比例积分增益，gj是评价函数的成本值，下标j代表的是当前电压向量的序号，对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值；
所述参考模块(2-1)还包括内含第三PI控制器(2-1-3)的滑模补偿模块(2-1-2)，第三PI控制器(2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿模块(2-1-2)，将公式1矫正为公式1’，计算获得修正后的转子观测磁链 和定子观测磁链 公式5、公式1’如下，其中 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
2.根据权利要求1所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：所述异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器(2)和优化模块(3)之间的转矩和磁链预测模块(4)，所述模型参考自适应观测器(2)的第二PI控制器(2-4)将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块(4)；所述转矩和磁链预测模块(4)，用于将由逆变器(5)输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块(3)。
3.一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：包括第一PI控制器(1)、模型参考自适应观测器(2)、优化模块(3)；第一PI控制器(1)、优化模块(3)和模型参考自适应观测器(2)两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器(5)，逆变器(5)连接异步电机(6)；
所述模型参考自适应观测器(2)，用于将由逆变器(5)输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1-4计算出观测速度 该模型参考自适应观测器(2)包括参考模块(2-1)、可调模块(2-2)、转子磁链偏差计算模块(2-3)和第二PI控制器(2-4)，参考模块(2-1)、可调模块(2-2)分别连接到转子磁链偏差计算模块(2-3)，转子磁链偏差计算模块(2-3)通过第二PI控制器(2-4)连接到可调模块(2-2)；所述参考模块(2-1)包括基础参考模块(2-1-1)，基础参考模块(2-1-1)从逆变器(5)输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块(3)；所述可调模块(2-2)，用于将分别由逆变器(5)输出端、第二PI控制器(2-4)获得的定子电流和观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)；所述转子磁链偏差计算模块(2-3)，用于将分别由参考模块(2-1)、可调模块(2-2)获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器(2-4)；所述第二PI控制器(2-4)与第一PI控制器(1)连接，用于将由转子磁链偏差计算模块(2-3)获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块(2-2)和第一PI控制器(1)；
所述第一PI控制器(1)，用于获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块(3)；
所述优化模块(3)，用于将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器(1)获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器(5)输出最优电压值给异步电机(6)；
其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流，Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的，ε是转子磁链偏差量，观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量，kp和ki是PI控制器的比例积分增益，gj是评价函数的成本值，下标j代表的是当前电压向量的序号，对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值；
所述参考模块(2-1)还包括内含第三PI控制器(2-1-3)的滑模补偿优化模块(2-1-2’)，第三PI控制器(2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿优化模块(2-1-2’)，将公式1矫正为公式1”，计算获得修正后的转子观测磁链 和定子观测磁链 公式5、公式1”如下，其中，Sat(S)为具有饱和特性的连续函数， x＝isα和isβ，Δ是一个非负调节参数。
4.根据权利要求3所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：所述异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器(2)和优化模块(3)之间的转矩和磁链预测模块(4)，所述模型参考自适应观测器(2)的第二PI控制器(2-4)将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块(4)；所述转矩和磁链预测模块(4)，用于将由逆变器(5)输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块(3)。
5.根据权利要求1所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)获得观测速度 步骤：模型参考自适应观测器(2)采集逆变器(5)输出端的定子电压vs和定子电流is，将定子电压vs和定子电流is输送到参考模块(2-1)，将定子电流is输送到可调模块(2-2)；参考模块(2-1)的基础参考模块(2-1-1)通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块(3)；可调模块(2-2)将采集的定子电流is和由第二PI控制器(2-4)获得的观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)；转子磁链偏差计算模块(2-3)将分别由参考模块(2-1)、可调模块(2-2)获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器(2-4)；第二PI控制器(2-4)将由转子磁链偏差计算模块(2-3)获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块(2-2)和第一PI控制器(1)；
2)获得参考转矩T*步骤：第一PI控制器(1)获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块(3)；
3)最优电压值输出步骤：优化模块(3)将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器(1)获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器(5)输出最优电压值给异步电机(6)；
其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流，Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的，ε是转子磁链偏差量，观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量，kp和ki是PI控制器的比例积分增益，gj是评价函数的成本值，下标j代表的是当前电压向量的序号，对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值；
所述步骤1)中对基础参考模块(2-1-1)进行了滑模补偿，滑模补偿模块(2-1-2)内的第三PI控制器(2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1’，上述公式如下，其中， 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
6.根据权利要求5所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在于：其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块(4)将由逆变器(5)输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器(2)的第二PI控制器(2-4)获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块(3)；在步骤1)中模型参考自适应观测器(2)将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块(4)。
7.根据权利要求3所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)获得观测速度 步骤：模型参考自适应观测器(2)采集逆变器(5)输出端的定子电压vs和定子电流is，将定子电压vs和定子电流is输送到参考模块(2-1)，将定子电流is输送到可调模块(2-2)；参考模块(2-1)的基础参考模块(2-1-1)通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块(3)；可调模块(2-2)将采集的定子电流is和由第二PI控制器(2-4)获得的观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)；转子磁链偏差计算模块(2-3)将分别由参考模块(2-1)、可调模块(2-2)获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器(2-4)；第二PI控制器(2-4)将由转子磁链偏差计算模块(2-3)获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块(2-2)和第一PI控制器(1)；
2)获得参考转矩T*步骤：第一PI控制器(1)获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块(3)；
3)最优电压值输出步骤：优化模块(3)将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器(1)获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器(5)输出最优电压值给异步电机(6)；
其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流，Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的，ε是转子磁链偏差量，观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量，kp和ki是PI控制器的比例积分增益，gj是评价函数的成本值，下标j代表的是当前电压向量的序号，对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值；
所述步骤1)中对基础参考模块(2-1-1)进行了滑模优化补偿，滑模补偿优化模块(2-1-
2')内的第三PI控制器(2-1-3)利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1”，上述公式如下，其中，Sat(S)为具有饱和特性的连续函数， x＝isα和isβ，Δ是一个非负调节参数。
8.根据权利要求7所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，其特征在于：其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块(4)将由逆变器(5)输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器(2)的第二PI控制器(2-4)获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块(3)；在步骤1)中模型参考自适应观测器(2)将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块(4)。
一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法。
背景技术
[0002] 异步电机的矢量控制需要电机的转速信息，传统的交流异步电机控制系统，多采用磁场定位控制和直接转矩控制技术，需要设置速度传感器，耗费成本，且通过编码器获取的信号来测量转速会产生由安装、测量和传输干扰导致的误差等问题。而尚未被普遍应用的预测转矩控制技术具有算法直观且便于理解，具有可处理复杂控制任务和多变量多约束控制问题等优势，它可以通过对一些电机参数进行辨识和预测实现电机的准确高效地控制。
[0003] 无传感器控制方法通过建立速度观测器来获得电机的转速。速度观测器可以分为开环观测器和闭环观测器。开环的速度观测器顾名思义是没有反馈环节的，他们通常是使用了异步电机的不同形式的系统方程。开环速度观测器是通过定子和转子在定子坐标系下的电机方程来建立的，典型的开环观测器有异步电机电压模型、电流模型。尽管许多模型使用了各种方法来减轻直流漂移的问题，但是开环观测器的一些缺点却不能被忽视，即开环观测器需要一个纯积分环节来保证速度观测的准确性，但是同样的它也不可避免的有偏移和初始条件限制等问题。在观测器里添加反馈环节能有效地减少上述问题，以保证系统的稳定性。闭环速度观测器也因此被广泛应用。龙贝格观测器和扩展型卡尔曼滤波器是磁场定位控制和直接转矩控制中的两种常见的速度观测器。他们都能够准确地进行速度观测，并且有很好的鲁棒性。模型参考自适应系统的观测器(Model Reference Adaptive Observer)与上述其他观测器相比有着更直观的结构，实现起来也更加方便简单。模型参考自适应观测器的应用在文献(M.Dybkowski and T.Orlowska-Kowalska.Performance of the speed sensorless induction motor drive for traction application with mras type speedand flux estimator.In Optimization of Electrical and Electronic Equipment(OPTIM),2012 13th International Conference on,pages 477–481,May 2012.)中有所介绍。但模型参考自适应观测器存在着控制不精准的问题。
[0004] 因此提供一种能够进行高精准控制的异步电机无传感器预测转矩控制系统己成为当务之亟。
发明内容
[0005] 本发明提供一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法，其克服了现有异步电机无传感器控制中存在的控制精准度不够的缺点，通过获得观测速度 并计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机，实现对异步电机的高精准控制。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 方案一
[0008] 包括第一PI控制器、模型参考自适应观测器、优化模块；第一PI控制器、优化模块和模型参考自适应观测器两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器，逆变器连接异步电机；
[0009] 所述模型参考自适应观测器，用于将由逆变器输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1-4计算出观测速度 该模型参考自适应观测器包括参考模块、可调模块、转子磁链偏差计算模块和第二PI控制器，参考模块、可调模块分别连接到转子磁链偏差计算模块，转子磁链偏差计算模块通过第二PI控制器连接到可调模块；所述参考模块包括基础参考模块，基础参考模块从逆变器输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块；所述可调模块，用于将分别由逆变器输出端、第二PI控制器获得的定子电流和观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块；所述转子磁链偏差计算模块，用于将分别由参考模块、可调模块获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器；所述第二PI控制器与第一PI控制器连接，用于将由转子磁链偏差计算模块获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块和第一PI控制器；
[0010] 所述第一PI控制器，用于获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块；
[0011] 所述优化模块，用于将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机；
[0012] 以上使用的公式如下：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值。
[0019] 所述参考模块还包括内含第三PI控制器的滑模补偿模块，第三PI控制器利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿模块，将公式1矫正为公式1’，计算获得修正后的转子观测磁链 和定子观测磁链 公式5、公式1’如下，
[0020]
[0021]
[0022] 其中， 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
[0023] 本发明由于采用预测转矩控制，需要对磁链信息进行较为准确地观测，所以选择磁链之间的偏差作为偏差量。参考模块即异步电机电压模块是一个纯开环的模型，由它得到的磁链信息会由于开环系统本身的特性在积分环节中产生较大的累积误差，因而不能保证观测到的定子和转子磁链信息的精确性能满足预测转矩控制的要求。故本发明在参考模块中加入滑模结构作为补偿，补偿后的参考模块作为模型参考自适应系统的新的参考模块。同时通过李雅普诺夫稳定判据对该补偿后的结构进行稳定性分析，证明新系统渐进稳定。滑模增益K通过PI控制器进行计算。滑模平面是由实测电流与估测电流之差构成，传统的非连续开关符号函数会在滑模切换时产生高频抖动现象，影响转矩控制精度。将滑模结构作为补偿加入到模型参考自适应速度观测系统中，降低了系统的不确定性并提高了其抗干扰性。
[0024] 所述异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器和优化模块之间的转矩和磁链预测模块，所述模型参考自适应观测器的第二PI控制器将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块；所述转矩和磁链预测模块，用于将由逆变器输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块。
[0025] 转矩和磁链预测技术才刚起步，目前尚未有应用在异步电机控制领域。采用转矩和磁链预测技术，在计算量没有明显增加的情况下提高了控制的精确性与易实现性。同时，无传感器控制技术提高了系统稳定性，也降低了系统的成本。
[0026] 方案二
[0027] 包括第一PI控制器、模型参考自适应观测器、优化模块；第一PI控制器、优化模块和模型参考自适应观测器两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器，逆变器连接异步电机；
[0028] 所述模型参考自适应观测器，用于将由逆变器输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1-4计算出观测速度 该模型参考自适应观测器包括参考模块、可调模块、转子磁链偏差计算模块和第二PI控制器，参考模块、可调模块分别连接到转子磁链偏差计算模块，转子磁链偏差计算模块通过第二PI控制器连接到可调模块；所述参考模块包括基础参考模块，基础参考模块从逆变器输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块；所述可调模块，用于将分别由逆变器输出端、第二PI控制器获得的定子电流和观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块；所述转子磁链偏差计算模块，用于将分别由参考模块、可调模块获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器；所述第二PI控制器与第一PI控制器连接，用于将由转子磁链偏差计算模块获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块和第一PI控制器；
[0029] 所述第一PI控制器，用于获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块；
[0030] 所述优化模块，用于将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机；
[0031] 以上使用的公式如下：
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为2
互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。
Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值。
[0038] 所述参考模块还包括内含第三PI控制器的滑模补偿优化模块，第三PI控制器利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿优化模块，将公式1矫正为公式1”，计算获得修正后的转子观测磁链 和定子观测磁链 公式5、公式1”如下，
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 其中，Sat(S)为具有饱和特性的连续函数， x＝isα和isβ，Δ是一个非负调节参数。
[0044] 滑模补偿模块中引入具有饱和特性的连续公式Sat(S)构成改进型连续开关符号函数，改进后的结构能有效减小系统的抖动。
[0045] 所述异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器和优化模块之间的转矩和磁链预测模块，所述模型参考自适应观测器的第二PI控制器将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块；所述转矩和磁链预测模块，用于将由逆变器输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块。
[0046] 方案三
[0047] 方案一所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，包括以下步骤，[0048] 1)获得观测速度 步骤：模型参考自适应观测器采集逆变器输出端的定子电压vs和定子电流is，将定子电压vs和定子电流is输送到参考模块，将定子电流is输送到可调模块；参考模块的基础参考模通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块；可调模块将采集的定子电流is和由第二PI控制器获得的观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块；转子磁链偏差计算模块将分别由参考模块、可调模块获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器；第二PI控制器将由转子磁链偏差计算模块获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块和第一PI控制器；
[0049] 2)获得参考转矩T*步骤：第一PI控制器获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块；
[0050] 3)最优电压值输出步骤：优化模块将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机；
[0051] 以上使用的公式如下：
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值。
[0058] 所述步骤1)中对基础参考模块进行了滑模补偿，滑模补偿模块内的第三PI控制器利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1’，上述公式如下，
[0059]
[0060]
[0061] 其中， 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
[0062] 其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块将由逆变器输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器的第二PI控制器获得的观测速度定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩并将 和 输送给优化模块；在步骤1)中模型参考自适应观测器将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块。
[0063] 方案四
[0064] 方案二所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，包括以下步骤，[0065] 1)获得观测速度 步骤：模型参考自适应观测器采集逆变器输出端的定子电压vs和定子电流is，将定子电压vs和定子电流is输送到参考模块，将定子电流is输送到可调模块；参考模块的基础参考模块通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块；可调模块将采集的定子电流is和由第二PI控制器获得的观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块；转子磁链偏差计算模块将分别由参考模块、可调模块获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器；第二PI控制器将由转子磁链偏差计算模块获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块和第一PI控制器；
[0066] 2)获得参考转矩T*步骤：第一PI控制器获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块；
[0067] 3)最优电压值输出步骤：优化模块3)将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器输出最优电压值给异步电机；
[0068] 以上使用的公式如下：
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为2
互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。
Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值。
[0075] 所述步骤1)中对基础参考模块进行了滑模优化补偿，滑模补偿优化模块内的第三PI控制器利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1”，上述公式如下，
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080] 其中，Sat(S)为具有饱和特性的连续函数， x＝isα和isβ，Δ是一个非负调节参数。
[0081] 其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块将由逆变器输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器的第二PI控制器获得的观测速度定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩并将 和 输送给优化模块；在步骤1)中模型参考自适应观测器将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块。
[0082] 本申请相比现有技术的有益效果如下：
[0083] 1.本发明的速度观测器基于模型参考自适应系统模型(MRAS)搭建。该模型具有很强的鲁棒性和直观的结构，它主要包括一个参考模块和一个可调模块，两个模块输出的差通过一个自适应控制器反馈给可调模块，从而形成闭环结构。该观测器不仅能准确地估计电机转速，还能够获得准确的磁链信息，用于预测转矩控制中转矩的预测和控制。考虑到通常开环的异步电机参考模块被用作模型参考自适应观测器的参考模块，其开环结构会引起累积误差，也就是说单纯的参考模块不能够输出较为准确的磁链信息。本发明添加一个滑模补偿模块来弥补这一缺陷，以获得准确的速度信息和定子及转子的磁链信息，其结构简单、实现容易，并且具有很好的动态性能；
[0084] 2.采用转矩和磁链预测技术，在计算量没有明显增加的情况下提高了控制的精确性与易实现性。同时，无传感器控制技术提高了系统稳定性，也降低了系统的成本；
[0085] 3.本申请的模型参考自适应观测器结构简单，实施方便，工程技术人员只需要调节模型参考自适应观测器中的第二PI控制器和第三PI控制器即可实现对异步电机无传感器预测转矩控制系统的调节。
附图说明
[0086] 图1是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的结构及工作流程图；
[0087] 图2是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的带有滑模补偿模块的模型参考自适应观测器的结构及工作流程图；
[0088] 图3是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的滑模补偿优化模块的模型参考自适应观测器的结构及工作流程图；
[0089] 图4是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统在高速情况下突加100％负载时的实验数据图；
[0090] 图5是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统在低速情况下加20％负载时的实验数据图；
[0091] 图6是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统在低速情况下加50％负载时的实验数据图；
[0092] 图7是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统在低速情况下加100％负载时的实验数据图；
[0093] 图8是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的使用示意图。
[0094] 标号说明：
[0095] PI控制器1；模型参考自适应观测器2；优化模块3；转矩和磁链预测模块4；逆变器5；异步电机6；参考模块2-1；可调模块2-2；转子磁链偏差计算模块2-3；PI控制器2-4；基础参考模块2-1-1；第三PI控制器2-1-3；滑模补偿模块2-1-2；滑模补偿优化模块2-1-2’。
具体实施方式
[0096] 下面结合说明书附图1-8对本发明的技术方案进行详细说明。
[0097] 实施例一
[0098] 如图1-2所示，本发明所述的一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，包括第一PI控制器1、模型参考自适应观测器2、优化模块3；第一PI控制器1、优化模块3和模型参考自适应观测器2两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器5，逆变器5连接异步电机6；
[0099] 所述模型参考自适应观测器2，用于将由逆变器5输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1-4计算出观测速度 该模型参考自适应观测器2包括参考模块2-1、可调模块2-2、转子磁链偏差计算模块2-3和第二PI控制器2-4，参考模块2-1、可调模块2-2分别连接到转子磁链偏差计算模块2-3，转子磁链偏差计算模块2-3通过第二PI控制器2-4连接到可调模块2-2；所述参考模块2-1包括基础参考模块2-1-1，基础参考模块2-1-1从逆变器5输出端获得的定子电压vs和定子电流is通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块2-3，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块3；所述可调模块2-2，用于将分别由逆变器5输出端、第二PI控制器2-4获得的定子电流和观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块2-3；所述转子磁链偏差计算模块2-3，用于将分别由参考模块2-1、可调模块2-2获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器2-4；所述第二PI控制器2-4与第一PI控制器1连接，用于将由转子磁链偏差计算模块2-3获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块2-2和第一PI控制器1；
[0100] 所述第一PI控制器1，用于获得参考速度ω*与观测速度 的差值计算出参考转矩T*，并将参考转矩T*输送给优化模块3；
[0101] 所述优化模块3，用于将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器1获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器2获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器5输出最优电压值给异步电机6；
[0102] 以上使用的公式如下：
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号(对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值)。
[0109] 所述参考模块2-1还包括内含第三PI控制器2-1-3的滑模补偿模块2-1-2，第三PI控制器2-1-3利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿模块2-1-2，将公式1矫正为公式1’，计算获得修正后的转子观测磁链 和定子观测磁链 公式5、公式1’如下，
[0110]
[0111]
[0112] 其中， 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
[0113] 所述异步电机无传感器预测转矩控制系统还包括连接于模型参考自适应观测器2和优化模块3之间的转矩和磁链预测模块4，所述模型参考自适应观测器2的第二PI控制器2-4将观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块4；所述转矩和磁链预测模块4，用于将由逆变器5输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器2获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块3。
[0114] 所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统的控制方法，包括以下步骤，[0115] 1)获得观测速度 步骤：模型参考自适应观测器2采集逆变器5输出端的定子电压vs和定子电流is，将定子电压vs和定子电流is输送到参考模块2-1，将定子电流is输送到可调模块2-2；参考模块2-1的基础参考模块2-1-1通过公式1计算出定子观测磁链 和转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块2-3，将定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给优化模块3；可调模块2-2将采集的定子电流is和由第二PI控制器2-4获得的观测速度 通过公式2计算出转子观测磁链 并将转子观测磁链 输送给转子磁链偏差计算模块2-3；转子磁链偏差计算模块2-3将分别由参考模块2-1、可调模块2-2获得的转子观测磁链 转子观测磁链 通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器2-4；第二PI控制器2-4将由转子磁链偏差计算模块2-3获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度 并将观测速度 分别输送给可调模块2-2和第一PI控制器1；
[0116] 2)获得参考转矩T*步骤：第一PI控制器1获得参考速度ω*与观测速度 的差值计* *算出参考转矩T，并将参考转矩T输送给优化模块3；
[0117] 3)最优电压值输出步骤：优化模块3将获得的定子参考磁链 由第一PI控制器1获得的参考转矩T*和由模型参考自适应观测器2获得的观测速度 转子观测磁链 和定子观测磁链 通过以下公式6计算出评价函数的成本值gj，获得gj最小值时的参考电压向量vs*，并将其转换为对应的开关量Sa,b,c作为控制信号控制逆变器5输出最优电压值给异步电机6；
[0118] 以上使用的公式如下：
[0119]
[0120]
[0121]
[0122]
[0123]
[0124] 其中， 和 分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；Rs为定子电阻，Lm、Ls和Lr为互感、定子电感和转子电感，σ＝(LsLr-Lm2)/LsLr为漏感系数，vs为定子电压，is为定子电流。Tr＝Lr/Rr， 表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的。ε是转子磁链偏差量。观测速度 是整个模型参考自适应系统的可调变量。kp和ki是PI控制器的比例积分增益。gj是评价函数的成本值。下标j代表的是当前电压向量的序号(对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ1和λ2分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值)。
[0125] 所述步骤1)中对基础参考模块2-1-1进行了滑模补偿，滑模补偿模块2-1-2内的第三PI控制器2-1-3利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1’，上述公式如下，
[0126]
[0127]
[0128] 其中， 为符号开关函数，Kkp是滑模增益的PI比例增益，Kki是PI的积分增益。
[0129] PI控制器的参数Kkp和Kki主要在仿真中进行调节。常用的PI控制器参数调节的方法有人工调节方法、Ziegler-Nichols调节法、Cohen-Coon调节法以及PID软件调节方法(诸如Matlab等软件工具箱)。在这些方法中，Ziegler-Nichols调节法是一种较为有效并且被广泛使用的方法。首先，将PI控制器中的微分环节增益置零，在没有微分环节的情况下调节比例增益Kkp直到系统能够产生周期震荡输出相应。接着，将得到的比例增益值Kkp减半，同时不断增加微分环节的增益Kki，直到取得满意的系统响应。如果记临界的比例增益值为Kkp，记Kc为产生震荡时刻的比例增益值，于此对应的临界周期Pc，参考的计算表格如下所示。
[0130]
[0131] 其步骤3)前还包括转矩和磁链预测步骤，该步骤中转矩和磁链预测模块4将由逆变器5输出端获得的定子电流is和由模型参考自适应观测器2的第二PI控制器2-4获得的观测速度 定子观测磁链 和转子观测磁链 预测出下一时刻的定子磁链 和下一时刻的转矩 并将 和 输送给优化模块3；在步骤1)中模型参考自适应观测器2将观测速度定子观测磁链 和转子观测磁链 输送给转矩和磁链预测模块4。
[0132] 实施例二
[0133] 如图1、3所示，其与实施例一不同之处在于：
[0134] 所述滑模补偿模块2-1-2被滑模补偿优化模块2-1-2’所替换，滑模补偿优化模块2-1-2'内的第三PI控制器2-1-3利用自身可调的比例增益的Kkp和积分增益Kki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿，将公式1矫正为公式1”，上述公式如下，[0135]
[0136]
[0137]
[0138] 其中，Sat(S)为具有饱和特性的连续函数， x＝isα和isβ，Δ是一个非负调节参数。
[0139] 为了进一步验证本实施例子提出的观测器的有效性与基于该观测器的无传感器控制系统的整体性能，本实施例被应用在异步电机控制系统。该系统所用的仪器和设备如图7所示。系统包括：异步电机无传感器预测转矩控制系统、逆变器和三相异步电机(IM)。异步电机无传感器预测转矩控制系统采用TI公司TMS320F28069微控制器为中央控制单元。该微控制器具有高效32位CPU、16通道模数转换器和16通道PWM模块，并具有快速终端响应与处理、高精度浮点运算能力，其主频为90MHz，最快采样达3.46MSPS。观测器、预测控制和PI控制器等基于软件的控制算法以程序的形式被载入到实时控制系统中。逆变器为开关硬件设备，是端口经过改进的SERVOSTAR620型逆变器。被控电机为2.2kW鼠笼型异步电机。异步电机无传感器预测转矩控制系统结合实时采集的电流信号和参考电压值，经过计算，产生逆变器开关端口控制信号，输出相应电压给电机定子侧绕组，实现对电机的控制。
[0140] 一些主要的电机参数如下表：
[0141]电机参数 参数值
直流端电压Vdc 582V
Rs 2.68Ω
Rr 2.13Ω
Lm 275.1mH
Ls 283.4mH
Lr 283.4mH
P 1.0
ωnom 2772.0rpm
Tnow 7.2Nm
J 0.005kg/m2
[0142] 图8为该异步电机无传感器预测转矩控制系统使用图。该图4-7为实验结果曲线，其各自的从上到下顺序的五条曲线图为：实测速度图、观测速度图、速度误差图、转矩图和定子电流波形图。
[0143] 图4展示的是本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统在高速情况下突加100％负载时的实验数据图，即额定速度2772rpm/min运行下的稳态和动态特性。整个实验过程包括三个部分：空载运转、突加满载以及满载稳态运转。从图中可以观察到三个部分的速度估计都很精准。系统具有快速的动态处理时间并且转矩脉动很小。
[0144] 图5为异步电机无传感器预测转矩控制系统在低速情况(60rpm/min)下加20％负载时的实验数据图。从速度误差曲线可以看出，实测速度与估测速度之间误差的平均值几乎为0。定子电流波形平滑且转矩脉动极小。
[0145] 图6和图7是异步电机无传感器预测转矩控制系统在低速情况(60rpm/min)加50％和100％负载情况下的实验数据图，各个曲线的意义均同上所述。随着负载的增加，定子电流增大，然而速度误差均值保持为0。
[0146] 综合图4-7的测试结果，可以得出结论：在全速度范围内，不同负载的情况下，本发明申请的异步电机无传感器预测转矩控制系统都具备良好的速度观测精度以及电流和转矩响应性能。
[0147] 本发明所述的异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法并不仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
