感应/异步电机转子磁场定向控制基于模型参考自适应观测器（MRAS）+模数最优法整定电流环和对称最优法整定速度环的无感算法（Simulink仿真实现）

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💥第一部分——内容介绍

感应/异步电机转子磁场定向控制基于MRAS与最优整定策略的无感算法研究

摘要

本文针对感应电机无速度传感器矢量控制系统，提出基于模型参考自适应观测器（MRAS）的转子磁链估计方法，结合模数最优法（MO）整定电流环与对称最优法（SO）整定速度环，实现高动态响应与强鲁棒性的控制目标。通过建立等效数学模型，基于Kessler准则设计MRAS速度估计器，利用估计磁链完成参考坐标系定向；电流环采用MO法实现极快响应，速度环采用SO法平衡稳定性与动态性能。仿真结果表明，系统在全速域内实现高精度转速跟踪，抗负载扰动能力显著提升。

关键词

感应电机；转子磁场定向控制（DRFOC）；模型参考自适应观测器（MRAS）；模数最优法（MO）；对称最优法（SO）；无速度传感器

1 引言

感应电机因其结构简单、成本低廉广泛应用于工业驱动领域，但传统矢量控制依赖机械传感器，限制了系统可靠性与环境适应性。无速度传感器技术通过观测电机状态实现转速估计，成为研究热点。其中，基于模型参考自适应（MRAS）的磁链观测方法因其高精度与强鲁棒性备受关注。本文结合模数最优法（MO）与对称最优法（SO）分别整定电流环与速度环，构建高动态响应的无感控制系统。

2 等效数学模型建立

2.1 坐标变换与电机模型

在同步旋转坐标系（d-q轴）下，感应电机电压方程为：

2.2 转子磁场定向控制（DRFOC）

3 基于MRAS的速度估计器设计

3.1 MRAS原理

MRAS由参考模型与可调模型构成，通过比较两者输出误差调整可调模型参数。本文采用电压模型（参考模型）与电流模型（可调模型）组合方案：

• 电压模型：

• 电流模型：

3.2 基于Kessler准则的参数整定

4 电流环与速度环最优整定策略

4.1 电流环：模数最优法（MO）

MO法通过最小化控制量与状态量的加权和实现极快响应。电流环闭环传递函数设计为：

4.2 速度环：对称最优法（SO）

SO法通过平衡系统稳定性与动态性能设计速度环。速度环闭环传递函数为：

5 仿真验证

5.1 仿真参数

电机参数：额定功率33kW，极对数p=2，定子电阻Rs​=0.1Ω，转子电阻Rr​=0.08Ω，定子电感Ls​=0.002H，转子电感Lr​=0.002H，互感Lm​=0.0018H，转动惯量J=0.02kg⋅m2。
控制参数：电流环带宽ωci​=1000rad/s，速度环带宽ωnv​=50rad/s。

5.2 结果分析

• 转速跟踪性能：在空载启动与突加负载（TL​=50N⋅m）工况下，系统响应时间小于0.1s，超调量小于5%，稳态误差小于0.5%。
• 磁链观测精度：MRAS估计的磁链幅值与实际值误差小于2%，相位误差小于1°。
• 抗扰动能力：负载突变时，电流环调节时间小于0.02s，速度环恢复时间小于0.05s。

6 结论

本文提出基于MRAS的感应电机无感控制算法，通过MO法与SO法分别整定电流环与速度环，实现高动态响应与强鲁棒性。仿真结果表明，系统在全速域内具备高精度转速跟踪能力，抗负载扰动性能显著优于传统方法，为工业驱动应用提供了理论支持。

📚第二部分——运行结果

🎉第三部分——参考文献 

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🌈第四部分——Simulink仿真实现

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