一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：实时采集电机定子三相相电流和三相线电压，通过线电压计算相电压，将相电压和相电流经过坐标变换获得定子电流矢量，使用电压矢量和电流矢量计算电机定子反电势矢量；步骤二：将步骤一得到的电机定子反电势、分别输入到正交发生器，再将其输出信号及输入至锁频环，获取同步频率；步骤三：使用步骤二得到同步频率构造矢量滤波器代替纯积分器，将步骤一得到的定子反电势矢量输入到所构造的矢量滤波器，获得定子磁链的估计值；步骤四：利用步骤三获得的结果，通过感应电机的电压模型获得转子磁链的估计值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法
本专利技术涉及一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，属于感应电机磁链观测技术

技术介绍
感应电机具有容量大、调速范围宽、结构坚固耐用维修容易等优点，已经广泛的应用到了现代工业中。感应电机的控制方法中，磁场定向控制应用最为广泛。实现感应电机的磁场定向控制，获取转子磁链信息是其中重要的环节。由于感应电机电压模型中不含转子电阻，受电机参数影响较小，并且算法简单计算量较小，因此在实际工程应用中常使用基于电压模型的磁链观测方法。然而电压模型中包含积分环节，纯积分环节存在初始相位误差和积分漂移等问题，会影响计算精度和控制系统稳定性。为了解决以上问题，工程上一般使用低通滤波器来代替纯积分。但是这种方法会带来相位和幅值误差，需要通过增加动态补偿环节或者通过动态调节滤波器的截止频率来消除，名为《基于直流偏置双闭环补偿的改进电压模型磁链观测方法》的技术文献中公开了一种通过比例积分调节器计算直流偏置补偿量的方法来克服纯积分所带来的直流偏置问题，然而该方法引入的闭环调节容易造成系统不稳定，调节器参数整定较复杂，且补偿环节需要的感应电机同步角速度在实际应用中难以直接采集。2006年IEEE文献《AnImprovedFluxObserverBasedonPLLFrequencyEstimatorforSensorlessVectorControlofInductionMotors》(《感应电机无传感器控制中的基于PLL频率估计器的改进型磁链观测方法》—2006年IEEE期刊)，提出了一种基于锁相环法估计感应电同步转速，并使用截止频率可调的低通滤波器代替积分器，实现宽转速范围内的磁链估计，但是该方法的动态响应速度有待提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是上述感应电机磁链观测中存在的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术思路为提供一种矢量滤波器代替纯积分来估计电机磁链的方法，并通过锁频环实时计算电机同步频率，不但能准确计算反电势积分值无需补偿环节，同时具有对高频谐波和直流偏置抑制的能力，并且有较快的动态响应速度，具体提供了一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，其特征在于，具体实现包括以下步骤：步骤一：实时采集电机定子三相相电流Ia、Ib、Ic和三相线电压Uab、Ubc、Uca，通过线电压计算相电压Ua、Ub、Uc，将相电压和相电流经过坐标变换获得定子电流矢量使用电压矢量和电流矢量计算电机定子反电势矢量式中Rs为定子电阻；步骤二：将步骤一得到的电机定子反电势esα、esβ分别输入到正交发生器，再将其输出信号e′sα、e′sβ、qe′sα、qe′sβ及εfα、εsβ输入至锁频环，获取同步频率ωe；步骤三：使用步骤二得到同步频率ωe构造矢量滤波器代替纯积分器，将步骤一得到的定子反电势矢量输入到所构造的矢量滤波器，获得定子磁链的估计值ψsα、ψsβ；步骤四：利用步骤三获得的结果，通过感应电机的电压模型获得转子磁链的估计值式中Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为总漏磁系数通过下式计算：优选的，步骤一中的线电压与相电压的转换方法为：所述的电压矢量和电流矢量计算方法为：式中的x为采样的电压值或电流值。优选的，步骤二中所述的同步频率计算方法采用广义二阶积分锁频环。优选的，骤三中构造的矢量滤波器传递函数如下：其中k为可调比例系数，ωe为步骤二中估计的同步角频率，s为拉普拉斯算子。其标量实现表达式为：式中为输入矢量，为输出矢量，图2为矢量滤波器的标量形式，R(s)和Q(s)的表达式如下：使用所构造的矢量滤波器能准确求出定子反电势的积分，无需进行幅值或相位的补偿，能够准确求出定子反电势的积分，同时具有直流分量和高频谐波抑制能力。本专利技术有益效果在于，1、使用锁频环获取异步电机的同步角频率，构造矢量滤波器代替纯积分，无需补偿环节，相比传统方案具有更高的精度和稳定性，转速适用范围宽。2、所构造的矢量滤波器对直流分量和高频噪声都具有抑制能力，本专利技术提出的方法能够抑制积分漂移现象并且在有谐波干扰的条件下也能够准确的获取转子磁链的估计值。3、采用自适应锁频环能够实时获取同步转速，相对于传统方案具有更快的响应速度。附图说明图1为本专利技术所提出的算放实现框图；图2为矢量滤波器的结构图；图3为正交发生器实现框图；图4为锁频环实现框图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例本实例为基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，具体实现包括以下步骤：步骤一：实时采集电机定子三相相电流Ia、Ib、Ic和三相线电压Uab、Ubc、Uca，通过线电压计算相电压Ua、Ub、Uc，将相电压和相电流经过坐标变换获得定子电流矢量使用电压矢量和电流矢量计算电机定子反电势矢量式中Rs为定子电阻。步骤二：将步骤一得到的电机定子反电势esα、esβ分别输入到正交发生器，再将其输出信号e′sα、e′sβ、qe′sα、qe′sβ及εfα、εsβ输入至锁频环，获取同步频率ωe。步骤三：使用步骤二得到同步频率ωe构造矢量滤波器代替纯积分器，将步骤一得到的定子反电势矢量输入到所构造的矢量滤波器，获得定子磁链的估计值ψsα、ψsβ。步骤四：利用步骤三获得的结果，通过感应电机的电压模型获得转子磁链的估计值式中Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为总漏磁系数通过下式计算：其中，步骤一中的线电压与相电压的转换方法为：所述的电压矢量和电流矢量计算方法为：式中的x为采样的电压值或电流值。其中，步骤二中所述的同步频率计算方法采用广义二阶积分锁频环，所述的广义二阶积分器锁频环包括正交发生器和锁频环两个部分，图3为正交发生器实现框图，图中信号v为输入，图4为锁频环框图，图中其中，步骤三中构造的矢量滤波器传递函数如下：其中k为可调比例系数，ωe为步骤二中估计的同步角频率，s为拉普拉斯算子。其标量实现表达式为：式中为输入矢量，为输出矢量，图2为矢量滤波器的标量形式，R(s)和Q(s)的表达式如下：使用所构造的矢量滤波器能准确求出定子反电势的积分，无需进行幅值或相位的补偿，能够准确求出定子反电势的积分，同时具有直流分量和高频谐波抑制能力。本专利技术特点在于，1)采用广义二阶积分器锁频环获取感应电机同步转速信息的方法。2)求磁链估计值使用无需补偿环节的矢量滤波器，及该滤波器的结构和设计方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n步骤一：实时采集电机定子三相相电流I

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量滤波器的感应电机转子磁链估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：实时采集电机定子三相相电流Ia、Ib、Ic和三相线电压Uab、Ubc、Uca，通过线电压计算相电压Ua、Ub、Uc，将相电压和相电流经过坐标变换获得定子电流矢量使用电压矢量和电流矢量计算电机定子反电势矢量



式中Rs为定子电阻；
步骤二：将步骤一得到的电机定子反电势esα、esβ分别输入到正交发生器，再将其输出信号输入至锁频环，获取同步频率ωe；
步骤三：使用步骤二得到同步频率ωe构造矢量滤波器代替纯积分器，将步骤一得到的定子反电势矢量输入到所构造的矢量滤波器，获得定子磁链的估计值ψsα、ψsβ；
步骤四：利用步骤三获得的结果，通过感应电机的电压模型获得转子磁链的估计值



式中Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为总漏磁系数通过下式计算：





2.根据权利要求1所述的一种基于矢量滤波器的感应电...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛琼一，单谷云，许鑫，李春，陈国栋，赵金良，王春卫，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，上海电气电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31