基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法，属于电机控制领域。本方法建立异步电机单相交流电流闭环控制系统，其中电流调节器参数的整定综合考虑电机电流和电流调节器输出电压的波形质量，同时采用基于二阶广义积分器的单相锁相环对电机电压、电流进行滤波处理，并重构出电机电压、电流的正交分量，从有功功率角度辨识转子电阻。该发明专利技术除了具备单相电流闭环辨识转子电阻方案的优点外，还有如下优点：1、并不以电机电流完全跟踪上电流指令为目标来整定调节器，这使得电流调节器参数调整变得容易；2、数据处理避免快速傅立叶变换编程，而是通过单相锁相环重构电压、电流，从功率角度求解转子电阻，这使得转子电阻辨识精度不依赖于电机电流完全跟踪上电流指令。

【技术实现步骤摘要】
基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法
本专利技术涉及电机控制领域，具体涉及到基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法。
技术介绍
感应电机具有结构简单，成本较低等优点，且随着交流调速理论和电力电子器件的不断发展，基于磁场定向矢量控制技术的感应电机调速系统得到越来越广泛的应用。但是异步电机矢量控制系统的电流PI参数整定需要知道被控电机的参数，同时磁场定向的准确性依赖电机参数，因此需要对异步电机进行参数辨识。电机参数辨识分为离线和在线两类，异步电机离线辨识参数一般包括定、转子电阻，定、转子漏感，励磁电感五个参数。异步电机定子电阻可通过直流实验进行数据线性拟合得到，励磁电感则可以通过恒压频比控制电机旋转进行辨识，或者在电机静止状态下向异步电机注入直流并叠加幅值较小的交流来实现辨识。针对异步电机转子电阻离线辨识，题为“感应电动机参数离线辨识方法实验研究”(王高林，商振，于泳，徐殿国，微电机，2009年第42卷第6期4-7页)的文章，提出在电机绕组端施加单相正弦电压，以参考电压过零点为基准对电机电流进行快速傅立叶变换分析，但是该方法属于电流开环控制，施加电压需要一个逐渐增大的过程且该电压值选取不合适可能造成电机电流过大，损害电机。题为“异步电机参数离线辨识改进算法”(贺艳晖，王跃，王兆安，电工技术学报，2011年第26卷第6期73-80页)的文章和题为“基于自适应补偿的异步电机静止参数辨识方法”(陈伟，于泳，徐殿国，徐壮，中国电机工程学报，2012年第32卷第6期156-162页)的文章，分别提出采用比例-积分调节器的单相电流闭环控制，待电流稳定后以给定电流相位过零点为基准，对电压进行快速傅立叶变换(FFT)求解转子电阻，但是这两个方案都将电压FFT变换的零点选择为给定电流的过零点，并未考虑给定电流和电机真实反馈电流之间的误差，这使得转子电阻辨识结果依赖于电机电流跟踪精度。综上所述，现有的技术主要存在如下的不足：1、在电流开环控制下，施加电压需要一个逐渐增大的过程且该电压值选取不合适可能造成电机电流过大，损害电机；2、在单相电流闭环控制的基础上，以给定电流过零点为基准对电机电压进行快速傅立叶变换分析的方法依赖于电机电流跟踪精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有异步电机转子电阻离线辨识方法中存在的辨识精度欠佳的问题，提供一种基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法。本专利技术主要是通过以下技术方案实现：一种基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法，包括异步电机电流信号的采样，其步骤如下：步骤1：根据幅值为Iref1、角频率为ω的异步电机A相电流参考值I*和采样得到的异步电机A相电流Imα1，经过电流控制器得到两相静止坐标系下的α轴电压Umα1；步骤2：根据步骤1中得到的异步电机A相电流Imα1和α轴电压Umα1，分别经过锁相环模块得到滤波后的α轴电流Iα1以及与滤波后的α轴电流Iα1正交的β轴电流Iβ1，滤波后的α轴电压Uα1以及与滤波后的α轴电压Uα1正交的β轴电压Uβ1；步骤3：根据步骤2中得到的α轴电流Iα1、β轴电流Iβ1和步骤2中得到的α轴电压Uα1、β轴电压Uβ1，分别经过电流峰值计算模块、有功功率计算模块得到异步电机A相电流峰值I1、有功功率P1；步骤4：保持异步电机A相电流参考值I*的角频率ω不变，改变异步电机A相电流参考值I*的幅值为Iref2，重复步骤1至步骤3，得到对应的异步电机A相电流峰值I2、有功功率P2；步骤5：根据步骤3得到的电流峰值I1、有功功率P1和步骤4得到的电流峰值I2、有功功率P2，经过转子电阻计算方程得到转子电阻Rr；所述转子电阻计算方程的表达式为：其中Rs为定子电阻值，通过直流实验获得。优选的，步骤1中所述的电流控制器为比例-积分(PI)控制器，表达式为：其中kp、ki分别为比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子。优选的，步骤2中所述的锁相环模块包括电压计算方程和电流计算方程，其表达式分别为：电压计算方程：电流计算方程：其中k为锁相环带宽控制系数，ω为异步电机A相电流参考值I*的角频率，s为拉普拉斯算子。优选的，步骤3中所述的电流峰值计算模块的表达式为：优选的，步骤3中所述的有功功率计算模块的表达式为：P1＝Uα1Iα1+Uβ1Iβ1。优选的，步骤1所述异步电机A相电流参考值I*的幅值Iref1为被测异步电机额定相电流峰值的40％-100％，角频率ω为被测异步电机额定角频率的1％-10％。优选的，步骤4所述异步电机A相电流参考值I*的幅值Iref2为被测异步电机额定相电流峰值的40％-100％。优选的，所述锁相环带宽控制系数k的取值为0.2-1.5。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：采用本专利技术后，除了具备单相电流闭环辨识转子电阻方案的优点外，还有如下优点：1、并不以电机电流完全跟踪上电流指令为目标来整定调节器，这使得电流调节器参数调整变得容易；2、数据处理避免快速傅立叶变换编程，而是通过单相锁相环重构电压、电流，从功率角度求解转子电阻，这使得转子电阻辨识精度不依赖于异步电机电流完全跟踪上电流指令。附图说明图1为本专利技术执行的流程图；图2为单相交流闭环控制下异步电机等效电路图；图3为基于二阶广义积分器的单相锁相环控制框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步详细的描述。参见图1，本专利技术的实施过程如下：步骤1：根据幅值为Iref1、角频率为ω的异步电机A相电流参考值I*和采样得到的异步电机A相电流Imα1，两者相减经过电流控制器控制使得电机三相绕组连接形式等效为电机B、C两相绕组并联后再和电机A相绕组串联，此时异步电机等效电路图如图2所示，待电机运行稳定后得到电流控制器输出的两相静止坐标系下的α轴电压Umα1；其中：异步电机A相电流参考值I*的幅值Iref1取值范围为被测异步电机额定相电流峰值的40％-100％，在本实施例中，Iref1取值为80％。考虑异步电机运行中转差频率较小，为了直接将转子电阻辨识结果用于异步电机矢量控制，同时避免集肤效应对转子电阻辨识结果的影响，电机A相电流参考值I*的角频率ω取值范围为被测电机额定频率的1％-10％，在本实施例中，ω取值为5％。电流控制器为比例积分控制器，其比例系数kp和积分系数ki通过试凑得到，因为本专利技术采用的方法并不依赖于电流跟踪精度，所以电流控制器参数较为容易整定。步骤2：根据步骤1中得到的异步电机A相电流Imα1和α轴电压Umα1，分别经过锁相环模块得到滤波后的α轴电流Iα1以及和滤波后的Iα1正交的β轴电流Iβ1，滤波后的α轴电压Uα1以及和滤波后的Uα1正交的β轴电压Uβ1；其中：锁相环模块为基于二阶广义积分器的单相锁相环，该锁相环模块是一个单输入、双输出系统，控制框图如图3所示，通过锁相环模块计算：α轴电压Uα1：β轴电压Uβ1：α轴电流Iα1：β轴电流Iβ1：锁相环模块中参数k为锁相环系统带宽控制系数，取值范围为0.2-1.5，在本实施例中，k取值为0.8。步骤3：根据步骤2中得到的相互正交的电流Iα1、Iβ1和步骤2得到的电压Uα1、Uβ1，通过公式：计算得到电机A相电流峰值I1，通过公式：P1＝Uα1Iα1+Uβ1Iβ1计算得到有功功率P1。步骤4：保持异步电机A相电流参考值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法，包括异步电机电流信号的采样，其特征在于主要步骤如下：步骤1：根据幅值为Iref1、角频率为ω的异步电机A相电流参考值I*和采样得到的异步电机A相电流Imα1，经过电流控制器得到两相静止坐标系下的α轴电压Umα1；步骤2：根据步骤1中得到的异步电机A相电流Imα1和α轴电压Umα1，分别经过锁相环模块得到滤波后的α轴电流Iα1以及与滤波后的α轴电流Iα1正交的β轴电流Iβ1，滤波后的α轴电压Uα1以及与滤波后的α轴电压Uα1正交的β轴电压Uβ1；步骤3：根据步骤2中得到的α轴电流Iα1、β轴电流Iβ1和步骤2中得到的α轴电压Uα1、β轴电压Uβ1，分别经过电流峰值计算模块、有功功率计算模块得到异步电机A相电流峰值I1、有功功率P1；步骤4：保持异步电机A相电流参考值I*的角频率ω不变，改变异步电机A相电流参考值I*的幅值为Iref2，重复步骤1至步骤3，得到对应的异步电机A相电流峰值I2、有功功率P2；步骤5：根据步骤3得到的电流峰值I1、有功功率P1和步骤4得到的电流峰值I2、有功功率P2，经过转子电阻计算方程得到转子电阻Rr。

【技术特征摘要】
1.一种基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法，包括异步电机电流信号的采样，其特征在于主要步骤如下：步骤1：根据幅值为Iref1、角频率为ω的异步电机A相电流参考值I*和采样得到的异步电机A相电流Imα1，经过电流控制器得到两相静止坐标系下的α轴电压Umα1；步骤2：根据步骤1中得到的异步电机A相电流Imα1和α轴电压Umα1，分别经过锁相环模块得到滤波后的α轴电流Iα1以及与滤波后的α轴电流Iα1正交的β轴电流Iβ1，滤波后的α轴电压Uα1以及与滤波后的α轴电压Uα1正交的β轴电压Uβ1；步骤3：根据步骤2中得到的α轴电流Iα1、β轴电流Iβ1和步骤2中得到的α轴电压Uα1、β轴电压Uβ1，分别经过电流峰值计算模块、有功功率计算模块得到异步电机A相电流峰值I1、有功功率P1；步骤4：保持异步电机A相电流参考值I*的角频率ω不变，改变异步电机A相电流参考值I*的幅值为Iref2，重复步骤1至步骤3，得到对应的异步电机A相电流峰值I2、有功功率P2；步骤5：根据步骤3得到的电流峰值I1、有功功率P1和步骤4得到的电流峰值I2、有功功率P2，经过转子电阻计算方程得到转子电阻Rr；所述转子电阻计算方程的表达式为：其中Rs为定子电阻值，通过直流实验获得。2.根据权利要求1所述的基于单相锁相环的异步电机转子电阻离线辨识方法，其特征是步骤1中所述的电流控制器为比例-积分(PI)控制器，表达式为：其中kp、ki分别为比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子。3.根据权利要求1所述的基于单相锁相环的异步电机转子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，曹朋朋，杨淑英，谢震，郭磊磊，周天保，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34