異步電機(jī)無(wú)速度傳感器系統(tǒng)中在線辨識(shí)定轉(zhuǎn)子電阻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)一種異步電機(jī)多參數(shù)辨識(shí)方法，特別涉及一種在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中 向轉(zhuǎn)子磁鏈幅值給定中被注入梯形波的方法，屬于電機(jī)參數(shù)辨識(shí)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 矢量控制，或稱(chēng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制，是當(dāng)前高性能電機(jī)控制應(yīng)用中主要的控制方 案之一。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)可靠性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本，往往還要引入無(wú)速度傳 感器技術(shù)。
[0003] 然而轉(zhuǎn)速辨識(shí)的精度同時(shí)受到定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻的準(zhǔn)確程度的影響，此外，準(zhǔn) 確的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)是間接磁場(chǎng)定向控制（或稱(chēng)轉(zhuǎn)差頻率控制）中磁場(chǎng)定向準(zhǔn)確的關(guān)鍵參 數(shù)。
[0004] 國(guó)內(nèi)外對(duì)籠型異步電機(jī)無(wú)速度傳感器的研究，鮮有能同時(shí)辨識(shí)定、轉(zhuǎn)子電阻的。偶 有幾篇，可分為兩類(lèi)。其中一類(lèi)給出了轉(zhuǎn)速、定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻的自適應(yīng)律，然后為了處 理穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)不可區(qū)分的問(wèn)題，往磁鏈幅值給定上疊加正弦給定。此類(lèi)文 章中，三參數(shù)的同時(shí)可辨識(shí)性并沒(méi)有給出，沒(méi)有給出穩(wěn)定性分析，也沒(méi)有附上相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果。
[0005] 另一類(lèi)主要是Marinoetal和Jadotetal的貢獻(xiàn)，他們將定子電阻與其他參數(shù) 獨(dú)立開(kāi)來(lái)，在保證轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速可辨識(shí)的同時(shí)，從穩(wěn)態(tài)電流中以足夠緩慢的速度將 定子電阻的一級(jí)近似信息提取出來(lái)。此類(lèi)文章提供了詳實(shí)的證明和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是 其方案復(fù)雜且辨識(shí)到的定子電阻只是一級(jí)近似。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在異步電機(jī)電感參數(shù)已知的前提下，本發(fā)明提出一種 在異步電機(jī)無(wú)速度傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中同時(shí)在線辨識(shí)定轉(zhuǎn)子電阻的時(shí)分方法。
[0007] -種異步電機(jī)無(wú)速度傳感器系統(tǒng)中在線辨識(shí)定轉(zhuǎn)子電阻的方法，
[0008] 在異步電機(jī)無(wú)速度傳感器間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)中，構(gòu)造一個(gè)自適應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鏈觀 測(cè)器，該轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器對(duì)轉(zhuǎn)速、定子電阻和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈 進(jìn)行觀測(cè)，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0009] (1)在直接或間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈幅值給定的信號(hào)為含 直流分量的梯形波，該給定信號(hào)被分成平坦給定部分和斜坡給定部分；
[0010] (2)根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型，分別構(gòu)造轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型 觀測(cè)器和轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型觀測(cè)器，兩者輸出之差被用于更新待辨識(shí)的參數(shù)，所述待辨識(shí) 的參數(shù)包括定子電阻、轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速，所述的轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型觀測(cè)器和轉(zhuǎn)子磁鏈 電流模型觀測(cè)器統(tǒng)稱(chēng)為觀測(cè)器；
[0011] (3)當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值跟蹤了平坦給定部分后，觀測(cè)器關(guān)閉對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) 的自適應(yīng)，打開(kāi)對(duì)定子電阻和轉(zhuǎn)速的辨識(shí)；
[0012] (4)當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值跟蹤了斜坡給定部分后，觀測(cè)器關(guān)閉對(duì)定子電阻的自 適應(yīng)，打開(kāi)對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速的辨識(shí)。
[0013] 所述步驟（1)包括如下步驟：
[0014] (1A)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中，各電量被變換到MT系下，其Μ軸和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繉?duì) 齊，Τ軸由Μ軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°電角度確定；
[0015] (1Β)若電流控制器是1型系統(tǒng)，電流控制器采用ΡΙ控制器，為了讓轉(zhuǎn)子磁鏈幅值 跟蹤斜坡給定，轉(zhuǎn)子Μ軸電流給定的公式為：
[0016]
[0017]
[0018] 其中，/;廣是轉(zhuǎn)子Μ軸電流給定；％°Η?/是轉(zhuǎn)子磁鏈幅值給定信號(hào)，它由兩部分組成， 分為常數(shù)部分i^steady和梯形波部分Φtrapezcild的設(shè)計(jì)參數(shù)為斜坡持續(xù)時(shí)間DoR、平 坦持續(xù)時(shí)間DoF和梯形波幅值ampl;而對(duì)時(shí)間的微分；L"是勵(lì)磁電感；J是轉(zhuǎn)子 時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)的辨識(shí)值；
[0019] 若電流控制器是2型系統(tǒng)或者含有多于2個(gè)積分單元的系統(tǒng)，則轉(zhuǎn)子Μ軸電流給 定的公式為：
[0020]
[0021]
[0022] 所述步驟（2)包括如下步驟：
[0023] (2Α)轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型分別為：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，ρ是微分算子；上標(biāo)"VM"和"CM"分別指代電壓模型和電流模型；和 是觀測(cè)的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縤s分別為定子電壓矢量和定子電流矢量；vVM和νεΜ是待設(shè)計(jì) 的校正項(xiàng)；待辨識(shí)參數(shù)#和秦分別為定子電阻、轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子時(shí)間 常數(shù)為^是轉(zhuǎn)子電阻；Lp匕和L"分別為轉(zhuǎn)子電感、定子電感和勵(lì)磁電感，假定為已知 量；漏磁系I
[0027] (2B)模型間誤差矢量ε為
[0028] ε = ψ^-ψξ?
[0029] 該誤差包含了參數(shù)是否準(zhǔn)確的信息；
[0030] (2C)校正項(xiàng)的設(shè)計(jì)主要包括兩種，其一為
[0031] vVM= -k VM ε
[0032] vCM= kCM ε
[0033] 其中，kVM和kεΜ是正常數(shù)；其二為，校正項(xiàng)被設(shè)計(jì)為包含對(duì)T軸誤差進(jìn)行滑動(dòng)模態(tài) 控制的形式
[0034]
[0035]
[0036] 其中，c是恰當(dāng)?shù)恼?shù)；sign( ·)是符號(hào)函數(shù)。
[0037] 所述步驟（3)包括如下步驟：
[0038] (3A)為了確保實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值已經(jīng)足夠接近平坦的狀態(tài)，即確保實(shí)際轉(zhuǎn)子磁 鏈跟蹤平坦給定部分的暫態(tài)基本結(jié)束，還需要采用延遲定子電阻辨識(shí)的策略，即只在平坦 給定部分的后半段才打開(kāi)定子電阻的辨識(shí)，在其前半段只對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行辨識(shí)；
[0039] (3B)定子電阻和轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)律分別為
[0040]
[0041]
[0042] 其中，^^和冗1為自適應(yīng)律的增益；矢量下表中出現(xiàn)的α和β，指代矢量在靜止二 相坐標(biāo)系αβ系的分量。
[0043] 所述步驟（4)包括如下步驟：
[0044] (4Α)當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值跟蹤了斜坡給定部分后，觀測(cè)器關(guān)閉對(duì)定子電阻的自 適應(yīng)，打開(kāi)對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的辨識(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)律分別為：
[0045]
[0046]
[0047] 其中，<和& 1為自適應(yīng)律的增益。
[0048] 本發(fā)明的有益效果：
[0049] 本發(fā)明以電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型為對(duì)象，以自適應(yīng)觀測(cè)器為基礎(chǔ)， 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)、定子電阻和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了辨識(shí)和跟蹤，有效地實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)多參數(shù) 的辨識(shí)。
[0050] 從較大的時(shí)間尺度來(lái)看，能保證定、轉(zhuǎn)子電阻都收斂至真值，利用時(shí)分的概念辨識(shí) 定、轉(zhuǎn)子電阻。并且，以此法得到的定子電阻是準(zhǔn)確的，而不是一級(jí)近似。本方案已從理論 上得到證明，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。本方法具有較強(qiáng)的通用性，克服了無(wú)速度傳感器系統(tǒng) 中難以同時(shí)辨識(shí)定、轉(zhuǎn)子電阻的困難，從而提高了轉(zhuǎn)速辨識(shí)的精度，改善了電機(jī)在全速范圍 內(nèi)的控制性能。
【附圖說(shuō)明】
[0051]圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的時(shí)分辨識(shí)方法的系統(tǒng)示意圖；
[0052] 圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0054] 參見(jiàn)圖1，強(qiáng)電部分，三相交流電源經(jīng)過(guò)不控整流得到直流母線電壓Ud。，供給電壓 源型逆變器，再得到供給異步電機(jī)的三相電源。
[0055] 弱電部分，采用矢量控制方式，包含電壓、電流傳感器，3相/2相靜止坐標(biāo)變換模 塊，2相靜止/2相同步速坐標(biāo)變換模塊，轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型和電流模型觀測(cè)器模塊，轉(zhuǎn)子磁 鏈幅值弱磁判斷以及梯形波給定模塊，參數(shù)自適應(yīng)律模塊，速度環(huán)PI控制器模塊，電流環(huán) PI控制器模塊，2相同步速/2相靜止坐標(biāo)變換模塊，電壓空間矢量脈寬調(diào)制模塊。
[0056] 本發(fā)明主要涉及本發(fā)明觀測(cè)器模塊和參數(shù)自適應(yīng)律模塊，其他模塊為異步電機(jī)矢 量控制所需的功能性模塊，為本領(lǐng)域公知常識(shí)。
[0057] 下面描述整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，以介紹各模塊的連接關(guān)系。
[0058] 1.由傳感器測(cè)得三相異步電機(jī)的各相電流與電壓，輸入"3相/2相靜止坐標(biāo)變換 模塊"，得到定子電流is的分量i^和isP，定子電壓\的分量usc^PusP;
[0059] 2.向轉(zhuǎn)子磁鏈幅值給定中注入梯形波給定；
[0060] (2A)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中，各電量被變換到MT系下，其Μ軸和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繉?duì) 齊，Τ軸由Μ軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°電角度確定；
[0061] (2Β)若電流控制器是1型系統(tǒng)，比如電流控制器采用ΡΙ控制器，