一种异步电机电感参数在线辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种异步电机电感参数在线辨识方法，包括步骤：1)根据d‑q同步旋转坐标下的电流和电压信号，基于负载角补偿校正进行转子磁场准确定向；2)在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环调节；3)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对定子电感参数进行在线辨识；4)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对漏磁系数进行在线辨识，并将漏磁系数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中。与现有技术相比，本发明专利技术无需引入复杂冗繁费时费资源的算法，也无需专门的硬件支持，能够对定子电感和漏磁系数进行快捷准确的在线辨识，确保矢量控制系统所需电感参数的实时准确性。

An on-line identification method of induction motor inductance parameters

【技术实现步骤摘要】
一种异步电机电感参数在线辨识方法
本专利技术涉及异步电机控制
，尤其是涉及一种异步电机电感参数在线辨识方法。
技术介绍
异步电机变频调速转子磁场定向矢量控制可以将异步电机固有的非线性机械特性改造成与直流电机相似的线性机械特性，而且电流与磁链之间完全解耦，具备了达到直流电机调速控制优良性能的基本条件。因而转子磁场定向是异步电机矢量控制中最值得深入研究和完善的控制技术。但是在转子磁场定向矢量控制技术的几十年发展历程中，由于受到电机转子电阻Rr和时间常数Tr随运行状态与温度不同而大幅度变化的影响，使转子磁场定向难以准确，成为阻碍高性能变频调速技术发展一直悬而未决的难题。现有技术研究解决这个问题的方法和途径主要有两类：1、采用各种不同方法建立转子磁链的数学模型，对转子磁链进行反馈闭环控制。再用非常复杂的参数辨识算法(模糊逻辑算法、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等，这些算法还远不成熟)，对模型中的转子电阻Rr和时间常数Tr进行离线或在线辨识修正。这类方法显而易见的缺点是大大增加了控制系统的复杂性，甚至有可能对控制系统的稳定性、可靠性、快速性和准确性带来严重的负面效果。2、采用各种不同的磁通观测技术，诸如全阶状态观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器、模型参考观测器……等等，都还存在各种各样的问题，目前还处于研究实验阶段，实际用于交流电机的磁通准确观测还有较大距离。异步电机的电感和漏磁系数是高性能变频调速矢量控制必不可缺的重要参数，常采用离线参数测试或在线参数辨识方法获得。离线参数测试主要包括电机堵转试验法、空载试验法和注入信号测试法等。由于离线测试的工作量大，准确性不高，且电机的工作状态与实际运行状态差别较大，所测试的参数难以满足控制系统的要求。目前在线参数辨识法主要包括扩展卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、改进型最小二乘法和智能算法如神经网络算法、遗传算法、蚁群算法等等。这些方法，实际用于交流电机的电感参数准确观测都还远不成熟。其显而易见的缺点是大大增加了控制系统的复杂性，甚至有可能对控制系统的稳定性，可靠性，快速性和准确性带来严重的负面效果。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种异步电机电感参数在线辨识方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种异步电机电感参数在线辨识方法，包括如下步骤：S1、根据d-q同步旋转坐标下的电流和电压信号，基于负载角补偿校正进行转子磁场准确定向。具体地：利用d-q同步旋转坐标下的电流和电压信号，构造一种不含定子电阻Rr和转子电阻Rr的负载角θ的参考模型，表达式为：其中：σ为电机的漏磁系数，其计算式为：式中，id、iq、ud、uq分别为同步旋转坐标下的d轴电流、q轴电流、d轴电压、q轴电压信号，Lr、Ls、Lm分别为电机转子电感、定子电感和定转子互感，ω1为定子角频率。根据d-q同步旋转坐标下的实测电流信号获得负载角的可调模型：将两种模型负载角的正切值作差输入PI调节器，对转子磁链与定子电流之间的相角差直接进行补偿校正，获得转子磁场准确定向；其调控输出值与转速闭环调节的输出值相关，若转速闭环调节的输出值为q轴电流给定值则转子磁场定向模块的输出值为id*，直接调控励磁电流；若转速闭环调节的输出值为转差频率ωs，则转子磁场定向模块的输出值为Δω，对转差频率进行校正。S2、在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环调节。S3、在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对定子电感参数进行在线辨识，并将定子电感参数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中。定子电感参数在线辨识的表达式为：式中，为定子d轴给定磁链。S4、在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对漏磁系数进行在线辨识，并将漏磁系数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中。漏磁系数在线辨识的表达式为：优选地，在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环调节的具体方法为：将定子d轴磁链指令与实际磁链ψd＝Lsid做差，将差值作为定子磁链调节单元的输入，调节单元采用PI控制，其输出为d轴电流的给定值进而对定子的励磁电流进行调节。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术将隐含在磁链辨识、参数辨识、解耦控制相互交织之中的磁场准确定向问题分离解脱出来，独辟蹊径，从分析异步电机负载角θ(定子电流矢量与转子磁链矢量之间的相角差)与转子磁场位置的关系入手，构造出一种与定子电阻、转子电阻均不相关的转子负载角参考模型，根据d-q同步旋转坐标下的实测电流信号获得负载角的可调模型，并以两种负载角正切值的差值输入PI调节器，对转子磁链与定子电流之间的相角差直接进行补偿校正，实现了转子磁场定向的独立控制，具有定向准确、控制策略简捷高效、稳定性好、收敛速度快，且不受电机定、转子电阻参数变化影响，鲁棒性优良，从而解决了矢量控制中最基础最关键的转子磁场准确定向难题；二、本专利技术方法无需引入费时费资源的复杂冗繁算法，也无需专门的硬件支持，在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的基础上，可通过简捷的计算方法对定子电感和漏磁系数进行快捷准确的在线辨识，确保矢量控制系统所需电感参数的实时准确性，为实现高性能变频调速矢量控制奠定坚实的基础。附图说明图1为本专利技术实施例中利用异步电机电感参数在线辨识方法的异步电机变频调速矢量控制系统示意图；图2为本专利技术实施例中转子磁场定向负载角校正示意图；图3为本专利技术实施例中定子d轴磁链调节控制示意图；图4为本专利技术实施例中定子电感参数辨识示意图；图5为本专利技术实施例中定子漏磁系数辨识示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例本专利技术涉及一种异步电机电感参数在线辨识方法，该方法主要是对定子电感参数和漏磁系数进行在线辨识，通过实时获得系统中的参数信息进行一系列运算实现。本实施例以采用电流跟踪型PWM逆变器为例对本专利技术进行说明，如图1所示。本专利技术方法亦可适用于采用电压源型SVPWM逆变器的异步电机变频调速矢量控制系统。本专利技术的工作原理为：由转速给定n*、转速反馈n和转速调节器构成的转速外环得到转差角频率信号ωs经转子磁场定向模块对负载角校正后输出转差补偿Δωs，两者相加得到补偿后的转差角频率一方面与转速信号ωr相加，得到准确的定子角频率对ω1积分得到坐标变换需要的空间位置角θ。另一方面由得到q轴电流指令(Tr为转子时间常数)。由定子d轴磁链调节模块得到d轴电流指令两个电流指令经旋转坐标变换、电流跟踪PWM和逆变器控制电机变频调速运行。利用转子磁场定向模块，即由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步电机电感参数在线辨识方法，其特征在于，包括下列步骤：/n1)根据d-q同步旋转坐标下的电流和电压信号，基于负载角补偿校正进行转子磁场准确定向；/n2)在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环调节；/n3)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对定子电感参数进行在线辨识，并将定子电感参数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中；/n4)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对漏磁系数进行在线辨识，并将漏磁系数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中。/n

【技术特征摘要】
1.一种异步电机电感参数在线辨识方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)根据d-q同步旋转坐标下的电流和电压信号，基于负载角补偿校正进行转子磁场准确定向；
2)在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环调节；
3)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对定子电感参数进行在线辨识，并将定子电感参数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中；
4)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链闭环调节的条件下，对漏磁系数进行在线辨识，并将漏磁系数在线辨识的结果反馈至转子磁场准确定向中。


2.根据权利要求1所述的一种异步电机电感参数在线辨识方法，其特征在于，步骤1)的具体内容为：
利用d-q同步旋转坐标下的电流和电压信号，构造一种不含定子电阻Rr和转子电阻Rr的负载角θ的参考模型：



其中：



σ为电机的漏磁系数，其计算式为：



式中，id、iq、ud、uq分别为同步旋转坐标下的d轴电流、q轴电流、d轴电压、q轴电压信号，Lr、Ls、Lm分别为电机转子电感、定子电感和定转子互感...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅柏杉，刘涛，李晓华，孙改平，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31