專利名稱：三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三相異步電機，特別涉及一種三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法及裝置。
背景技術：
近年來，感應電機的無速度傳感器矢量控制技術快速發(fā)展。矢量控制為了進行坐標變換，必須要知道轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，即磁鏈角。磁鏈閉環(huán)控制時，為了維持轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，必須要得到磁鏈的具體數(shù)值。因此，磁場定向和磁鏈的幅值在矢量控制中至關重要。 磁鏈的相位角和幅值一般通過磁鏈觀測模型得到，而觀測模型都是依據(jù)電機的數(shù)學模型建立的，觀測模型中的大部分觀測量表達式都與電機參數(shù)密切相關。電機經(jīng)長時間運行后，由于老化及電機運行過程中的發(fā)熱等原因，電機參數(shù)也會發(fā)生變化。其次，變頻調(diào)速系統(tǒng)的電機往往來自不同廠家，即使同一廠家生產(chǎn)的相同型號電機，參數(shù)也不完全一樣。電機參數(shù)不準確會導致磁鏈觀測產(chǎn)生誤差，直接影響到磁場定向， 從而影響矢量控制的性能。因此，無速度傳感器矢量控制離不開準確的電機參數(shù)。準確的電機參數(shù)初值可以使控制系統(tǒng)在運行過程中獲得優(yōu)良的控制性能，并為系統(tǒng)運行過程中參數(shù)的在線辨識奠定好的基礎。傳統(tǒng)的電機參數(shù)離線辨識方法主要通過直流實驗獲得電機的定子電阻值，通過堵轉(zhuǎn)實驗獲得電機定轉(zhuǎn)子的漏感和轉(zhuǎn)子電阻值，通過空載實驗獲得電機互感值。實際變頻調(diào)速系統(tǒng)中往往難以直接應用。首先，在調(diào)速系統(tǒng)中，很難實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)；其次，工業(yè)現(xiàn)場電機所帶負載常常是不可卸的，無法滿足空載實驗條件。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使電機在靜止狀態(tài)下進行參數(shù)識別的三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法及裝置，本發(fā)明的方法無需電機轉(zhuǎn)動就能實驗電機參數(shù)的辨識，省去了傳統(tǒng)參數(shù)辨識過程中所需的空載實驗，特別是在電機帶載的條件下也能實驗電機參數(shù)辨識，擴大了電機參數(shù)辨識的應用范圍，辨識出的電機參數(shù)準確性獲得提聞。三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，包括步驟一，通過以下步驟辨識定子電阻S10，對控制器設置第一直流的參考電流；Sll，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進行，每一次進行時通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進行，從而得到電機繞組的直流電壓和直流電流；S12，對控制器設置第二直流的參考電流；
313，重復步驟511;S14，控制器根據(jù)兩次檢測得到的直流電壓和直流電流計算電機的定子電阻；直流實驗時，加在電機兩端的電SUa與電流Ia存在如下關系Ua = UjU+Wa式中U1 (Ia)為由開關管導通關斷時死區(qū)時間引起的非線性電壓誤差，U2為逆變器開關管管壓降，Rs為定子電阻。其中非線性電壓誤差U1 (Ia)，可以通過選擇給定電流參考， 使逆變器盡量工作在線性區(qū)來避免；可以看出采用直流增量法選擇兩個不同的直流參考電流用兩次直流實驗的電壓差、電流差辨識定子電阻可以有效避免管壓降U2的影響。步驟二，通過以下步驟對電機定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、轉(zhuǎn)子電阻以及電機互感進行辨S20，對控制器設置直流量加交流分量的第三參考電流，該第三參考電流的頻率為
wI ；S21，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進行，每一次進行時通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進行，從而得到電機繞組的交流電壓和交流電流；S22，改變第三參考電流給定中的交流分量頻率為GJ2;S23，重復步驟 21;S24，根據(jù)步驟S21和步驟S23分別得到的交流電壓和交流電流，控制器計算電機逆8&_8等效電路的阻抗，再由兩個不同頻率件下的阻抗計算電機的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。三相異步電機的參數(shù)離線辨識裝置，包括傳感器，用于檢測輸出到電機的端電流； 以及控制器，根據(jù)傳感器提供的反饋電流以及給定的參考電流進行PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)預置的數(shù)學模型對電流電壓進行傅里葉分析，從而在得到電機繞組的直流電流和直流電壓， 以及得到交流電壓和交流電流后，控制器計算電機逆8&_&等效電路的阻抗，再由兩個不同頻率條件下的阻抗計算電機的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)；控制器還根據(jù)PI 調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓輸出PWM調(diào)制信號；以及逆變器，根據(jù)控制器提供的PWM信號進行工作而輸出電流至電機，使電機三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，從而使電機在靜態(tài)情況下進行參數(shù)識別。采用了上述方案，傳統(tǒng)的依據(jù)感應電機T型等效電路采用單相實驗和空載實驗辨識電機的轉(zhuǎn)子電阻艮、定轉(zhuǎn)子漏感Lls和Ly互感Lm參數(shù)的方法，需要單相實驗時給定的頻率足夠大并假設互感支路的阻抗遠遠大于轉(zhuǎn)子側阻抗使互感支路等效為開路。感應電機的T型等效電路的等效阻抗
權利要求
1.三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于步驟一，通過以下步驟辨識定子電阻S10，對控制器設置第一直流的參考電流；SI I，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進行，每一次進行時通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為 PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進行，從而得到電機繞組的直流電壓和直流電流；S12，對控制器設置第二直流的參考電流；S13，重復步驟Sll ；S14，控制器根據(jù)兩次檢測得到的直流電壓和直流電流計算電機的定子電阻；步驟二，通過以下步驟對電機定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、轉(zhuǎn)子電阻以及電機互感進行辨識 S20，對控制器設置直流量加交流分量的第三參考電流，該第三參考電流的頻率為GJ1 ； S21，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進行，每一次進行時通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為 PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進行，從而得到電機繞組的交流電壓和交流電流；S22，改變第三參考電流給定中的交流分量頻率為ω2 ；S23，重復步驟21 ；S24，根據(jù)步驟S21和步驟S23分別得到的交流電壓和交流電流，控制器計算電機逆 8&_8等效電路的阻抗，再由兩個不同頻率ωι、《2條件下的阻抗計算電機的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于所述步驟一中，執(zhí)行步驟Sll的具體過程如下檢測A相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從A相繞組流入，從B相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到直流電壓Ula 和直流電流Ila ;檢測B相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從B相繞組流入，從A相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到直流電壓Ulb 和直流電流Ilb ;檢測C相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從C相繞組流入，從A相繞組、B相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到直流電壓Ulc 和直流電流Ilc;;當步驟Sll執(zhí)行完畢，控制器在獲取第二直流的參考電流I2后重復步驟S11，再次得到的直流電壓，直流電流依次為U2a、U2b、U2。、I2a、I2b、I2c ;計算感應電機的定子電阻的計算公式為R ula+ulb+ulc_u2a_u2b_u2cS ^ha +I\b +I\c ~ha ~hb ~hc(l)o
3.根據(jù)權利要求I所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于執(zhí)行步驟 S21的具體過程如下檢測A相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從A相繞組流入，從B相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到頻率為Q1時交流電壓、交流電流的幅值Ua(Co1)、Ia(Wl)及兩者的相位差Qa(Co1)；檢測B相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從B相繞組流入，從A相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到頻率為Q1時交流電壓、交流電流的幅值Ub(Co1) Ub(Co1)及兩者的相位差Qb(Co1)；檢測C相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從C相繞組流入，從A相繞組、B相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進行傅里葉分析，得到頻率為Q1時交流電壓、交流電流的幅值Ue(O1)Ue(CO1)及兩者的相位差θε(ωι)；當步驟S21執(zhí)行完畢，控制器在獲取頻率為ω2的交流分量的第三參考電流，重復步驟S21，得到的頻率為ω2時的交流電壓、交流電流幅值及兩者的相位差分別為Ua( 2)、 Ub (ω 2) ■> Uc (ω 2) ^ Ia (ω 2) > Ib ω 2) ■> Ic ω 2) ■> 9a(<^2)、9b(<^2)、 c ω 2);計算感應電機的逆ga_a等效電路參數(shù)等效轉(zhuǎn)子電阻R' r、總漏感σ Ls及等效互感 L' m;計算公式為
4.根據(jù)權利要求I或3所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于步驟 S24中，在計算電機逆gamma等效電路的阻抗后，還對等效互感進行迭代修正，從而得到修正后的L' m，迭代修正的計算式如下
5.根據(jù)權利要求4所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于采用迭代法時，執(zhí)行下面的迭代步驟51、設定迭代步長AL'm、最小誤差errmin，L' m的初值L' m(0)為之前以辨識出的結果；52、輸入電抗值Χ(ω2)；Z R253、根據(jù)已知互感和公式
6.一種三相異步電機的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于包括傳感器，用于檢測輸出到電機的相電流；以及控制器，根據(jù)傳感器提供的反饋電流以及給定的參考電流進行PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)預置的數(shù)學模型對電流電壓進行傅里葉分析，從而在得到電機繞組的直流電流和直流電壓，以及得到交流電壓和交流電流后，控制器計算電機逆gamma等效電路的阻抗，再由兩個不同頻率條件下的阻抗計算電機的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)；控制器還根據(jù)PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓輸出PWM調(diào)制信號；以及逆變器，根據(jù)控制器提供的PWM信號進行工作而輸出電流至電機，使電機三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，從而使電機在靜態(tài)情況下進行參數(shù)識別。
7.根據(jù)權利要求6所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于所述控制器為DSP。
8.根據(jù)權利要求6所述的三相異步電機的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于所述傳感器為霍爾傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相異步電機的參數(shù)離線辨識方法，逆變器輸出的電流使電機的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，每一次進行時通過傳感器檢測一相繞組的端電流，從而得到電機繞組的直流電壓和直流電流或者交流電壓和交流電流；由交流電壓、交流電流計算電機逆gamma等效電路的阻抗，再由兩個不同頻率ω1、ω2條件下的阻抗計算電機的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。本發(fā)明的方法無需電機轉(zhuǎn)動就能實驗電機參數(shù)的辨識，省去了傳統(tǒng)參數(shù)辨識過程中所需的空載實驗，擴大了電機參數(shù)辨識的應用范圍，辨識出的電機參數(shù)準確性獲得提高。本發(fā)明適用于逆變器控制的三相異步電機調(diào)速系統(tǒng)的電機參數(shù)離線辨識。
文檔編號H02P21/14GK102594253SQ20121004054
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者何禮高, 徐兵兵, 徐華, 李旭, 杜恩利, 胡磊, 蔡準, 高菊玲 申請人:南京航空航天大學, 常州聯(lián)力自動化科技有限公司