專利名稱：異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻識別方法，具體涉及一種識別精度高，可提電機(jī)矢量控制性能的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法。

背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的飛速進(jìn)步和交流電機(jī)調(diào)速理論的不斷深入。異步電機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。電機(jī)的矢量控制通常采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向策略，磁場的定向準(zhǔn)確程度受轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)影響比較大。主要是轉(zhuǎn)子電阻的參數(shù)影響較大，且該參數(shù)隨著電機(jī)的溫度而變化較大，在電機(jī)熱態(tài)的時候阻值比冷態(tài)時阻值可能高出20％以上，對于高性能變頻器常要求對電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)可以在線辨識，從而達(dá)到高的控制性能。
由于在電機(jī)磁場恒定的情況下，無法同時在線辯識出轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)速，對于無速度傳感器矢量控制必須在電機(jī)的勵磁分量上注入交流信號，使電機(jī)的磁場出于變化之中，達(dá)到轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)速的解藕，所以穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)子電阻辯識分為有速度傳感器和無速度傳感器兩種情況。
目前，隨著工業(yè)生產(chǎn)加工工藝的精度和效率要求越來越高，采用有速度傳感器的矢量控制場合越來越多，而且對于有速度傳感器矢量控制，轉(zhuǎn)子電阻對磁場定向的準(zhǔn)確度影響更大，如果控制用轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)與實(shí)際的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)相差比較大，會造成比較大的弱磁和過激磁效應(yīng)，影響控制性能，研究有速度傳感器的轉(zhuǎn)子電阻在線辨識是很有意義的。
從國內(nèi)外的文獻(xiàn)上可以了解到，有不少技術(shù)人員在研究有速度傳感器的轉(zhuǎn)子電阻在線辨識技術(shù)，但常常實(shí)現(xiàn)的方法比較復(fù)雜，而且精度不高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種識別精度高，可提電機(jī)矢量控制性能的在線異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的識別方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在轉(zhuǎn)子高頻和低頻階段采用不同的電阻識別方式的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法。
實(shí)現(xiàn)所述目的的技術(shù)方案是一種異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，用來優(yōu)化有速度傳感器矢量控制中的電阻參數(shù)，包括如下步驟 采集電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)； 利用所述電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)通過以下公式識別轉(zhuǎn)子電阻其中，pn為電機(jī)極對數(shù)，ωs為滑差角頻率； 以所述識別的轉(zhuǎn)子電阻作為參數(shù)，完成有速度傳感器的電機(jī)矢量控制。
優(yōu)選的，所述電磁轉(zhuǎn)矩Te滿足以下條件選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系， 其中，ω1為磁通角速度，pn為電機(jī)極對數(shù)，rs為定子電阻。
在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2通過電壓模型法積分獲得 其中，Lr是異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感，Ls是定子電感，Lm是互感，σ是漏感系數(shù)，Rs是定子電阻，us、is分別是定子的電壓電流值；選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系。
優(yōu)選的，在通過電壓模型法積分轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2時，增設(shè)了防止因積分引入漂移的高通濾波器。
所述高通濾波器的參數(shù)是
在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子低速時，所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2通過電流模型法獲得 其中，選取兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，Lm是互感，im是互感電流，s是轉(zhuǎn)差率，T2是轉(zhuǎn)子時間常數(shù)T2＝Lr/r2。
本發(fā)明采用所述技術(shù)方案，其有益的技術(shù)效果在于1)本發(fā)明的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，對有速度傳感器的電機(jī)矢量控制通過電壓模型法在線識別異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻，簡單實(shí)用，精度較高，在任何有負(fù)載的情況下均可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地在線辨識轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，并且電阻參數(shù)穩(wěn)定，本發(fā)明的在線識別方法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在電機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)時均可以準(zhǔn)確得到正確的電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)；2)本發(fā)明的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，在轉(zhuǎn)子高頻和低頻階段，亦即大于5赫茲或者小于5赫茲時，分別選擇電壓模型法或者電流模型法來采集轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2，保證在轉(zhuǎn)子的任何旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下都可以準(zhǔn)確的辨識異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻參數(shù)；3)本發(fā)明的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，設(shè)置了高通濾波器，在所述通過電壓模型法積分轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2時，可有效防止積分引入的漂移。



下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明 圖1是本發(fā)明異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法的第一種實(shí)施方式的流程框圖。
圖2是本發(fā)明異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法的第二種實(shí)施方式的流程框圖。

具體實(shí)施例方式 請參考圖1，本發(fā)明涉及一種異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，所述異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法所測得的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)是用在有速度傳感器的電機(jī)矢量控制場合。本發(fā)明的在線識別方法簡單實(shí)用，測得的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)精度高，可大大提高有速度傳感器的電機(jī)矢量控制的控制性能。
本發(fā)明的在線識別方法，首先采集電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)。
在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，有速度傳感器矢量控制的滑差角頻率ωs是準(zhǔn)確的，可作為定值對待。
所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2通過電壓模型法積分獲得選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系 (公式1) 其中，Lr是異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感，Ls是定子電感，Lm是互感，σ是漏感系數(shù)，Rs是定子電阻，us、is分別是定子的電壓電流值。
所述電磁轉(zhuǎn)矩Te采用反電勢法計算，通過公式3計算得出選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系， (公式3) 其中，ω1為磁通角速度，pn為電機(jī)極對數(shù)，rs為定子電阻。
由于，(公式4) 同時，電極的滑差角頻率ωs公式是 (公式5) 所以，根據(jù)(公式4)和(公式5)可以推出異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)為 (公式6) 然后，利用所述電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)通過公式6識別轉(zhuǎn)子電阻。
最后，以所述識別的轉(zhuǎn)子電阻作為參數(shù)，完成有速度傳感器的電機(jī)矢量控制。
考慮積分計算轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2可能引入漂移，因此在電壓模型法計算轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2時增加高通濾波器。由于增加了高通濾波器，磁鏈在低速時幅值和相位有較大變形，而且低速時定子反電動勢很小，實(shí)際電壓與電壓指令也不一致，誤差大，所以該增加高通濾波器的方法不適合電機(jī)轉(zhuǎn)子低速下使用。
本實(shí)施方式中，所述高通濾波器的參數(shù)是
對于有速度傳感器矢量控制來說，滑差頻率ωs是準(zhǔn)確的，所以只要準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2和電磁轉(zhuǎn)矩Te就可以準(zhǔn)確的得到轉(zhuǎn)子電阻r2。本發(fā)明的在線識別方法實(shí)際是利用電壓模型計算的磁鏈來得到優(yōu)化的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)的。電壓模型在轉(zhuǎn)子低頻的時候由于計算磁鏈?zhǔn)芏ㄗ与娮鑵?shù)、死區(qū)補(bǔ)償?shù)鹊挠绊懖粶?zhǔn)確，在5赫茲以上是比較準(zhǔn)確的。而且由于負(fù)載較小時，計算的ωs和Te都比較小，兩者相除對轉(zhuǎn)子電阻的精度影響很大，通常在大于20％額定負(fù)載時可以準(zhǔn)確的識別轉(zhuǎn)子電阻值。為了提高使計算的準(zhǔn)確度，計算Te和ψ2需要加入高通濾波器，故該方法在轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時效果比較好。
通常在負(fù)載大于20％額定負(fù)載時，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子識別的比較準(zhǔn)確，但本發(fā)明的在線識別異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的方法在有負(fù)載情況下均有效，不限于只大于20％額定負(fù)載，也不限于只大于5赫茲場合。
請參考圖1，所示為本發(fā)明在線識別異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的方法的第一種實(shí)施方式的流程框圖。圖1所示的實(shí)施方式僅是為了清楚說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的在線識別方法在有負(fù)載情況下均有效，不限于只大于20％額定負(fù)載，也不限于只大于5赫茲場合。
首先是啟動轉(zhuǎn)子電阻在線識別的步驟10。
然后是判斷異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出頻率是否大于5赫茲的步驟20；大于5赫茲的采用電壓模型法計算電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2；小于5赫茲的結(jié)束電阻的在線識別。
在電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出頻率大于5赫茲前提下，采用反電勢法計算電磁轉(zhuǎn)矩Te的步驟30。
接下來是判斷步驟30算得的的電磁轉(zhuǎn)矩Te是否大于20％額定功率的步驟40。大于20％額定功率的進(jìn)入采用電壓模型法計算轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2的步驟51。小于20％額定功率的結(jié)束電阻的在線識別。
通過公式6計算轉(zhuǎn)子電阻的步驟52。
利用高通濾波器對計算的轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行高通濾波的步驟53。
更新異步電機(jī)矢量控制用的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，優(yōu)化異步電機(jī)矢量控制性能的步驟44。該方法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在電機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)時均可以準(zhǔn)確得到正確的電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻。
請參考圖2，作為本發(fā)明在線識別異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的第二實(shí)施方式，增加了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子低速時的電機(jī)轉(zhuǎn)子在線識別過程。
本實(shí)施方式中，所述異步電機(jī)轉(zhuǎn)子低速是指電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出頻率小于等于5赫茲的情況，此時不再采用電壓模型法來計算轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2，而是通過增設(shè)電流模型法計算磁鏈22的步驟。
所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2的電流模型法具體是 (公式2)，其中，選取兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，Lm是互感，im是互感電流，s是轉(zhuǎn)差率，T2是轉(zhuǎn)子時間常數(shù)T2＝Lr/r2。
電磁轉(zhuǎn)矩Te和電壓模型法一樣也是采用反電勢法。
然后使用所述電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2，利用公式6計算出異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻參數(shù)。
請參考圖2，本實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于在電機(jī)輸出頻率低于5赫茲是，采用電流模型法采集轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2。以下僅敘述與第一實(shí)施方式的不同之處。
首先是啟動轉(zhuǎn)子電阻在線識別的步驟10。
然后是判斷異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出頻率是否大于5赫茲的步驟20；小于5赫茲的采用電流模型法計算電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2；大于5赫茲的采用電壓模型法計算電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2。
在電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出頻率小于5赫茲前提下，采用反電勢法計算電磁轉(zhuǎn)矩Te的步驟22。
接下來是采用電流模型法計算轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2的步驟24。
通過公式6計算轉(zhuǎn)子電阻的步驟26。
更新異步電機(jī)矢量控制用的轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，優(yōu)化異步電機(jī)矢量控制性能的步驟28。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，用來優(yōu)化有速度傳感器矢量控制中的電阻參數(shù)，其特征在于包括如下步驟
采集電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)；
利用所述電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)通過以下公式識別轉(zhuǎn)子電阻其中，pn為電機(jī)極對數(shù)，ωs為滑差角頻率；
以所述識別的轉(zhuǎn)子電阻作為參數(shù)，完成有速度傳感器的電機(jī)矢量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，其特征在于所述電磁轉(zhuǎn)矩Te滿足以下條件選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系，
其中，ω1為磁通角速度，pn為電機(jī)極對數(shù)，rs為定子電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，其特征在于在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2通過電壓模型法積分獲得
其中，Lr是異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感，Ls是定子電感，Lm是互感，σ是漏感系數(shù)，Rs是定子電阻，us、is分別是定子的電壓電流值；選取兩相靜止α-β坐標(biāo)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，其特征在于在通過電壓模型法積分轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2時，增設(shè)了防止因積分引入漂移的高通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，其特征在于所述高通濾波器的參數(shù)是
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，其特征在于在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子低速時，所述轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2通過電流模型法獲得其中，選取兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，Lm是互感，im是互感電流，s是轉(zhuǎn)差率，T2是轉(zhuǎn)子時間常數(shù)T2＝Lr/r2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的在線識別方法，用來優(yōu)化有速度傳感器矢量控制中的電阻參數(shù)，包括如下步驟采集電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)；利用所述電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ2參數(shù)通過以下公式識別轉(zhuǎn)子電阻r2=3/2Pnωsψ22/Te；其中，pn為電機(jī)極對數(shù)，ωs為滑差角頻率；以所述識別的轉(zhuǎn)子電阻作為參數(shù)，完成有速度傳感器的電機(jī)矢量控制。本發(fā)明的在線識別方法，對有速度傳感器的電機(jī)矢量控制通過電壓模型法在線識別異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻，簡單實(shí)用，精度較高，在任何有負(fù)載的情況下均可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)在線辨識轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，并且電阻參數(shù)穩(wěn)定，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在電機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)時均可以準(zhǔn)確得到正確的電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)。
文檔編號H02P21/00GK101188398SQ20071007746
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者王玉雷, 廖海平 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司