核心提示：　　異步電機傳動系統的應用日益廣泛，而且很多工業場合（如電動汽車）采用轉子磁場定向的控制方式。獲得精確的轉子磁鏈是實現高性能控制的關鍵，而電機參數攝動和量測噪聲等不確定性因素會惡化磁鏈估計器的性能。因

　　異步電機傳動系統的應用日益廣泛，而且很多工業場合（如電動汽車）采用轉子磁場定向的控制方式。獲得精確的轉子磁鏈是實現高性能控制的關鍵，而電機參數攝動和量測噪聲等不確定性因素會惡化磁鏈估計器的性能。因此，抑制擾動、提高磁鏈估計精度是一個極具實際意義的問題。

　　最近十年，轉子磁鏈估計一直是研究的熱點，主要的方法包括基于電機模型的方法、信號分析的方法及現代控制理論的方法，等等。信號分析的方法往往依賴于電機本身的結構特點，因此通用性較差。現代控制理論，如擴張Kalman濾波器（EKF）、模型自適應方法（MRAS）、Lyapunov穩定性原理等，在轉子磁鏈觀測中得到一定的應用，但往往難以兼顧誤差收斂速度和參數敏感性兩個方面'同時還要面臨計算開銷過大的問題?；陔姍C模型的方法主要包括U-I法、I-to法和U-co法。U-I法不涉及轉速和轉子時間常數，具有較好的魯棒性，因此得到了廣泛的應用。U-I法的主要不足在于對定子電阻的攝動比較敏感和易發生積分漂移。近年來，國內外學者致力于積分環節改進和定子電阻辨識的研究，取得了寶貴的經驗。

　　本文提出了一種改進U-I法的轉子磁鏈估計器。首先在基于跟蹤-微分器的電流定向的坐標系中進行穩態轉子磁鏈估計和定子電阻辨識，在此基礎上，改進經典的U-I法估計器。改進U-I法可以抑制定子電阻攝動、量測噪聲積累以及電機剩磁等不確定因素對轉子磁鏈估計精度的影響。此外，本文中假定磁路為線性且電感參數為已知常數。

　　2電流定向和跟蹤-微分器2.1電流定向異步電機控制中，常用的坐標系有靜止or-，坐標系的和磁場定向的d-q坐標系。本文提出一種電流定向的新坐標系，它在穩態磁鏈估計和定子電阻辨識方面具有獨特的優點。

　　異步電機定子電流在空間合成矢量（，其旋轉速度為叫在a）坐標系中投影為定義所示的“1-2坐標系”，其1軸與同方向，并落后2軸71/2，且坐標系的旋轉速度等于碼。本文中以下標1、2來區分各矢量在1、2軸上的投影。

　　電流定向的1-2坐標系1-2坐標系與坐標系間電流的變換關系為和磁鏈也具有同樣的變換關系。

　　若令人，b=ZL，則異步電機電磁子系統的數學模型可寫成尺、'為定轉子電阻；4、乙為定轉子電感；7；=V尺為轉子時間常數；4為定轉子互感；供為電機轉速。

　　坐標系的（也即1）的）旋轉速度碼僅與定子電流有關，若當前采樣周期為t則有因量測噪聲的存在，式（4）難以給出高品質的微分信號，而利用跟蹤-微分器（Tracking-Differentiator）可以準確計算叫（幻，實現電流定向，艮P的快速控制最優函數為m jc2，r，/，其中，/冰）為非線性函數，則離散系統j：！（/：+1）=?。╧）+hx2稱作信號vk）的“跟蹤-微分器（TD）”，其輸出；為vt）的微分。

　　例：給出了信號：ysinGroWO和y2=sin（2ji從）+vv（A：/i）的微分結果，其中vv（A）為噪聲。

　　顯然，利用TD得到了高品質的的微分，而純微分器放大了3中的噪聲，淹沒了有效信號。

　　3穩態轉子磁鏈估計和定子電阻辨識除特別說明外，本節的符號均基于1-2坐標系。

　　基于式（2），消去陪和可得到上兩式不涉及轉子時間常數和電機轉速，且僅式（8）中包含定子電阻。相對于電磁子系統的時間常數，尺隨溫度的變化過程極慢，因此在考察磁鏈方程時，可近似認為兄恒定。

　　磁鏈達到穩態時，有則由式（9）可得若令％=（2+）/2，則穩態時有展開上式，并將轉子電壓基本方程代入，可得到t=-Ki￥nin+￥niri）（⑶其中和為轉子電流的兩個分量，且將上兩式代入式（13），可得求解式（14），便得到％的穩態表達式由于考慮的是穩態情況，所以式（15）中正負號僅取決于坐標系中定子電壓Mm、的相位關系，當前！時，取號，反之，取“+”號。所以式（15）可改寫為根據式（8）可得上兩式分別是穩態轉子磁鏈估計器和定子電阻辨識器。穩態磁鏈估計與磁鏈的初值無關，不包含定轉子電阻和轉速，僅利用某一穩態時刻定子電壓電流值即可計算轉子磁鏈。這個突出的優點得益于電流定向的使用。4改進U-I法轉子磁鏈估計器除特別說明外，本節的符號均基于標系。

　　經典的U-I法轉子磁鏈估計器為的）為未知的定子磁鏈初值（或剩磁），圮為定子電阻設定值，W代表量測噪聲引入的干擾。

　　利用第3節的結論，可以改寫式（21）。假定在r時刻電磁子系統處于穩態，則根據式（11）、（16）和（18）可以得到此時轉子磁鏈和定子電阻的估計值，則r時刻之后轉子磁鏈的估計可寫成WrLl￥s-khh式（22）即為改進U-I法轉子磁鏈估計器。其中、先分別為定子磁鏈和定子電阻在r時刻的估計值。

　　式（22）與式（21）相比，有以下三個方面的改進：（1）定子電阻在線辨識結果取代了設定值，減少了定子電阻攝動的影響。

　　定子磁鏈穩態估計值取代了未知的剩磁，使得積分初值更為準確。

　　r時刻成為新的積分起點，量測噪聲的積累過程由（0，0縮短為（r，0，可以有效抑制積分漂移。

　　從式（21）、（22）的離散形同樣可以看出這些方面的改進，如式（23）、（24）所示。

　　改進u-i法的結構框圖，如所示?？梢钥闯觯倪MU-I法具有穩態磁鏈校正（或反饋），具有閉環的結構。

　　5應用與分析69.31mH，定轉子電感為L，=Z=71.31mH，定子電阻初始值為=0.4350.用（a）的曲線模擬定子電阻的攝動情況。

　　電機在矢量控制下運行，磁鏈和速度指令分別為0.8Wb和2.5Hz.電壓電流信號含有一定的量測噪聲。（b）給出了的定子電阻辨識器的辨識誤差，（c）和（d）分別給出了U-I法和改進U-I法磁鏈估計器的角度估計誤差和幅值估計誤差。顯然，U-I法的估計誤差受到定子電阻攝動的影響，同時隨著噪聲的積累逐漸發散。而改進U-I法磁鏈估計器在辨識定子電阻和抑制噪聲積累的基礎上，估計誤差很小且不會發散。

　　定子電阻變化規律定子電阻辨識誤差磁鏈角度估計誤差磁鏈幅值估計誤差仿真結果結束語本文利用跟蹤-微分器建立電流定向的坐標系，以此為新的切入點，探討了異步電機轉子磁鏈估計問題，提出了改進u-i法。新方法具備定子電阻辨識能力，可抑制量測噪聲的積累，因此能夠適應系統中某些不確定性的擾動。魯棒性方面，改進U-I法與U-I法相同，優于1-）法和U-co法。此夕卜，與EKF、MRAS等方法相比，改進U-I法算法簡單，易于實現。仿真研究表明，改進u-r法精度較高，適用于無速度傳感器的異步電機控制系統。