改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法和装置。其中，该方法包括：构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；通过电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；通过电流模块计算感应电机的转子磁链可调估计值；通过自适应环节根据转子磁链参考估计值和转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速。本发明专利技术解决了现有技术中对异步电机模型参考自适应转速估计中存在截断误差且工作量巨大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及异步电机领域，具体而言，涉及一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法和装置。
技术介绍
随着电力电子技术和交流电机传动技术的发展，由变频器(又称变流器、变换器)和交流电机组成的变速传动系统，已广泛应用于轨道交通、电动汽车、机械加工、家用电器等领域。交流电机，特别是异步电机(又称感应电机)，由于其成本低、可靠性高、维护简便等优点，已成为在变速传动应用领域中最广泛采用的传动设备。在异步电机传动系统中，转速闭环控制一般需要在电机轴上安装速度编码器。编码器的引入增加了成本，降低了系统的可靠性，而且在某些特殊场合(例如高温高湿多粉尘的车间、矿井)，编码器无法安装使用。20世纪90年代初，无速度传感器的异步电机高性能控制技术开始出现。针对异步电机无速度传感器矢量控制系统的转速估计问题，目前主要的几类方法(如模型参考自适应转速估计方法、全阶自适应龙贝格观测器方法、扩展卡尔曼滤波方法和滑模观测器方法)中，模型参考自适应转速估计方法实现方式最为简单，已经得到了广泛应用。模型参考自适应转速估计方法一般以基于定子电压方程的电压模型作为参考模型，以基于转子电压方程和转子磁链方程电流模型作为可调模型，以估计转速作为可调模型的可调参数。将两个模型输出的估计磁链作差并输入自适应环节中，自适应环节按照一定的自适应律调整估计转速。在自适应律的作用下，可调模型输出的估计磁链逼近参考模型输出的估计磁链，与此同时，电机的估计转速逼近实际转速。目前常用的模型参考自适应转速估计方法示意图如图1所示。为表述方便，首先定义各变量物理意义：usα和usβ为定子绕组端电压，isα和isβ为定子电流，Rs为定子电阻，irα和irβ为转子电流，Rr为转子电阻，Ls为定子电感，Lm为定转子互感，Lr为转子电感，ωr是电机转子机械角速度所对应的电角速度，是电机转子机械角速度估计值所对应的电角速度，τr为转子时间常数，其表达式为在两相静止αβ坐标系下，参考模型(电压模型)不需要转速信号，可直接根据定子电压us＝(usα,usβ)T与定子电流is＝(isα,isβ)T计算感应电机转子磁链的估计值(以下称转子磁链参考估计值)。可调模型(电流模型)根据感应电机的定子电流is与电机转速计算转子磁链估计值(以下称转子磁链可调估计值)。由于感应电机无速度传感器矢量控制系统无法测量电机实际转速ωr，可调模型采用估计转速代替实际转速ωr，并将作为可调参数。将参考模型获得的转子磁链参考估计值与可调模型获得的转子磁链可调估计值作差后输入自适应环节，自适应环节根据一定的自适应律修正可调模型的估计转速在自适应律的作用下，转子磁链可调估计值可快速而稳定地逼近转子磁链参考估计值与此同时，估计转速将逼近实际转速ωr。现有的模型参考自适应转速估计方法，可调模型(电流模型)的状态方程为式(1)：其中；式(2)为：式(3)为：将式(1)改写为积分形式，得到式(4)：由式(4)可得到如图2所示的传统可调模型的结构框图，从图2中可以看出，传统可调模型为双输入、双输出系统，且α轴与β轴的磁链方程互相耦合。在数字系统中实现时，其离散形式常采用泰勒级数展开法获得。数字控制系统一般对实时性要求较高，因此采样周期T一般较小(小于1ms)，可近似地认为在单个采样周期内系统矩阵A和输入矩阵B保持恒定不变，因此可调模型在数字系统中的离散形式可以表示为式(5)：式(5)中：和分别为第k+1和第k个采样周期的转子磁链可调估计值，is(kT)为第k个采样周期的定子电流。系统矩阵A为非对角阵，无法直接计算出eAT和的解析表达式。为解决该问题，对函数eAT和进行泰勒级数展开，如式(6)：以及如下所示的式(7)所示：上述式(6)和式(7)中矩阵运算的计算量十分庞大，在数字系统中实现时，为了减小控制器的计算负荷，常忽略eAT和的高阶项，由此带来的误差，一般称作截断误差。由于系统矩阵A中含有转速估计值截断误差将会随着电机转速的提高而增大。截断误差的存在，将会导致可调模型输出的转子磁链可调估计值出现误差，从而影响MARS转速估计方法的动态与稳态性能，严重时甚至会导致估计转速发散。针对上述现有技术中对异步电机模型参考自适应转速估计中存在截断误差且工作量巨大的问题，目前对尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法和装置，以至少解决现有技术中对异步电机模型参考自适应转速估计中存在截断误差且工作量巨大的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法，包括：构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；通过电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；通过电流模块计算感应电机的转子磁链可调估计值；通过自适应环节根据转子磁链参考估计值和转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计装置，包括：构建模块，用于构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；第一计算模块，用于通过电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；第二计算模块，用于通过电流模块计算感应电机的转子磁链可调估计值；第三计算模块，用于通过自适应环节根据转子磁链参考估计值和转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速。在本专利技术实施例中，采用加入磁链估计值前馈的异步电机模型参考自适应转速估计的方式，通过构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；通过电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；通过电流模块计算感应电机的转子磁链可调估计值；通过自适应环节根据转子磁链参考估计值和转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速，本专利技术通过在传统的异步电机模型参考自适应转速估计方法的可调模型中加入磁链估计值前馈，使得可调模型由双输入双输出的耦合系统两个单输入单输出系统，实现了解耦，解耦后，可调模型在离散时不存在截断误差问题，用计算机程序实现更加简便，系统稳定性也得到增强，进而解决了现有技术中对异步电机模型参考自适应转速估计中存在截断误差且工作量巨大的技术问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据现有技术的一种模型参考自适应转速估计方法结构示意图；图2是根据现有技术的可调模型结构示意图；图3是根据本专利技术实施例1的一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法的流程图；图4是根据本专利技术实施例1的可调模型结构示意图；以及图5是根据本专利技术实施例2的一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计装置的结构图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法，其特征在于，包括：构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，所述异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；通过所述电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；通过所述电流模块计算所述感应电机的转子磁链可调估计值；通过所述自适应环节根据所述转子磁链参考估计值和所述转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速。

【技术特征摘要】
1.一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计方法，其特征在于，包括：构建异步电机模型参考自适应控制系统模型，所述异步电机模型参考自适应控制系统模型包括电压模块、电流模块和自适应环节；通过所述电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；通过所述电流模块计算所述感应电机的转子磁链可调估计值；通过所述自适应环节根据所述转子磁链参考估计值和所述转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述电压模块计算感应电机的转子磁链参考估计值；包括：计算定子绕组上由于定子磁链变化产生的反电势的α轴分量emfsα和β轴分量emfsβ：将emfsα与emfsβ输入传递函数为的一阶惯性环节，获得定子磁链估计值的α轴分量和β轴分量根据定子磁链估计值的α轴分量和β轴分量计算转子磁链参考估计值的α轴分量和β轴分量3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算定子绕组上由于定子磁链变化产生的反电势的α轴分量emfsα的计算公式为：emfsα＝usα-Rsisα；其中，Rs为定子电阻；usα为定子绕组端电压α轴分量；isα为定子电流α轴分量；计算定子绕组上由于定子磁链变化产生的反电势的β轴分量emfsβ的计算公式为：emfsβ＝usβ-Rsisβ；其中，usβ分别为定子绕组端电压β轴分量；isβ为定子电流β轴分量；根据定子磁链估计值的α轴分量计算转子磁链参考估计值的α轴分量的计算公式为：其中σ为总漏磁因数，且：Ls为定子电感，Lr为转子电感，Lm为定转子互感；根据定子磁链估计值的β轴分量计算转子磁链参考估计值的β轴分量的计算公式为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述电流模块计算所述感应电机的转子磁链可调估计值，包括：将输入传递函数为的一阶惯性环节，获得感应电机转子磁链可调估计值的α轴分量其中，为所述转子估计转速，τr为转子时间常数，且Rr为转子电阻；将输入传递函数为的一阶惯性环节，获得感应电机转子磁链可调估计值的β轴分量5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述自适应环节根据所述转子磁链参考估计值和所述转子磁链可调估计值的差，计算转子估计转速的计算公式为：ω^r=kp(ψ^rα_adjψ^rβ-ψ^rαψ^rβ_adj)+∫0tki(ψ^rα_adjψ^rβ-ψ^rαψ^rβ_adj)dt;]]>其中，kp为比例系数，ki为积分系数。6.一种改进的异步电机模型参考自适应转速估计装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：常乾坤，雷鸣，孙健，张岩，张再驰，王海云，陈茜，杨楠，王存平，钱叶牛，贾东强，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11