基于三参数估计的异步电机参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法，该方法包括以下步骤：1)根据变频器产生的正弦电流，确定正弦电流的频率f，计算出其周期T；2)根据需要设定半个周期内需要采集的电流采样点数n；3)以电压相位为0°时为时间起点，对正弦电流在半个周期内采集n个电流采样值；4)采用三参数估计法对n个采样值进行分析，计算出电流幅值Im、有功电流Imcosθ和无功电流Imsinθ。本发明专利技术通过一种在异步电机参数辨识的短路实验和空载实验中计算正弦电流幅值和相位的方法，快速且准确地计算出正弦电流的幅值和相位，能缩短参数辨识所需时间，同时提高了参数辨识的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机参数辨识
，尤其涉及一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法。
技术介绍
异步电机的矢量控制系统是一种基于转子磁通保持不变，用磁场定向方式达到瞬时转矩可控的高精度变频调速系统。而其性能完全依赖于辨识出的电机参数准确程度，如果电机参数辨识不准，将直接导致系统性能的下降甚至变频器故障。目前大多数变频器对于异步电机的参数辨识采用的基本都是直流伏安法实验、短路实验和空载实验三种测试相结合的方式，而在短路实验和空载实验中，都需要对电流进行采样分析，实时计算出电流的幅值和相位。而实际已知的产品中对正弦电流进行分析时所采用的基本都是快速傅里叶变换(FFT)，经FFT计算得到有功电流Imcosθ和无功电流Imsinθ，其中Im为电流基波幅值，θ为电流的相位(由于是从电压零相位点开始进行电流采样，θ也就是电压和电流的相位差)，该方法虽然应用广泛，但其仍有一些缺陷：(1)其计算量大，消耗CPU资源较多，因此系统实时性会有所降低。(2)进行FFT计算需要对电流进行完整周期的信号采样，所需时间稍长。(3)而且FFT主要优势在于谐波的频谱分析，在异步电机的参数辨识中仅需计算出幅值和相位，不需要进行类似FFT如此复杂的运算。(4)FFT计算出的幅值和相位有一定误差。因此，对于电机参数辨识，有必要寻找一种高效且可靠的电流分析方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法，通过一种在异步电机参数辨识的短路实验和空载实验中计算正弦电流幅值和相位的方法，快速且准确地计算出正弦电流的幅值和相位，能缩短参数辨识所需时间，同时提高了参数辨识的精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法，包括以下步骤：1)根据变频器产生的正弦电流，确定正弦电流的频率f，计算出其周期T；2)根据需要设定半个周期内需要采集的电流采样点数n；3)以电压相位为0°时为时间起点，对正弦电流在半个周期内采集n个电流采样值；4)采用三参数估计法对n个采样值进行分析，计算出电流幅值Im、有功电流Imcosθ和无功电流Imsinθ；具体如下：4.1)在参数辨识的短路实验和空载实验中，需要对变频器输出的正弦电流进行采样和基波分析，设其正弦交流信号y(t)为：y(t)＝Imcos(2πft+θ)+C(1)其中f为正弦信号的输出频率，t为时间，θ为相位角，C为直流偏置；4.2)对步骤4.1)中的公式(1)进行三角函数运算，获得公式(2)：y(t)＝Imcos(2πft)cosθ-Imsin(2πft)sin(θ)+C(2)设：A1=Imcos(θ)B1=-Imsin(θ)---(3)]]>其中|A1|即为有功电流，|B1|为无功电流；4.3)设半个周期内n个采样点的采样时刻为t1，t2，…，tn，其对应的采样值为y1，y2，…，yn，由(2)式，设：ϵ=Σi=1n[yi-A1cos(2πfti)-B1sin(2πfti)-C]2---(4)]]>其中ε为残差平方和；则需要估计的即为A1、B1和C三个参数，而在参数辨识中，由于初始输出的正弦电流应该是不存在直流偏置的，因此这里只需要估计A1和B1两个参数的最优值就可以了；4.4)求解A1和B1：要估计出最优A1和B1，需使得ε为最小值，因此有：∂ϵ∂A1=0∂ϵ∂B1=0---(5)]]>由于计算较为复杂，因此引入中间传导变量AN、AD、BN、BD、αi以及βi，其中：βi＝cos(2πti)(6)αi＝sin(2πfti)(7)AN=Σi=1nyiαi-y‾Σi=1nαiΣi=1nαiβi-β‾Σi=1nαi-Σi=1nyiβi-y‾Σi=1nβiΣi=1nβiβi-β‾Σi=1nβi---(8)]]>AD=Σi=1nαiαi-α‾Σi=1nαiΣi=1nαiβi-α‾Σi=1nαi-Σi=1nαiβi-α‾Σi=1nβiΣi=1nβiβi-α‾Σi=1nβi---(9)]]>BN=Σi=1nyiαi-y‾Σi=1nαiΣi=1nαiαi-α‾Σi=1nαi-Σi=1nyiβi-y‾Σi=1nβiΣi=1nαiβiα‾Σi=1nβi---(10)]]>BD=Σi=1nβiαi-β‾Σi=1nαiΣi=1nαiαi-β‾Σi=1nαi-Σi=1nβiβi-β‾Σi=1nβiΣi=1nαiβi-β‾Σi=1nβi---(11)]]>y‾-1nΣi=1nyi---(12)]]>α‾=1nΣi=1nαi---(13)]]>β‾=1nΣi=1nβi---(14)]]>经过计算得：A1＝AN/AD(15)B1＝BN/BD(16)4.5)：计算正弦电流的幅值和相位：Im=A12+B12---(17)]]>θ＝argtan(B1/A1)(18)。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术方法用于变频器对异步电机参数辨识的短路实验和空载实验中，可缩短参数辨识时间；本专利技术方法能提高正弦信号的分析正确性，从而提高参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)根据变频器产生的正弦电流，确定正弦电流的频率f，计算出其周期T； 2)根据需要设定半个周期内需要采集的电流采样点数n； 3)以电压相位为0°时为时间起点，对正弦电流在半个周期内采集n个电流采样值； 4)采用三参数估计法对n个采样值进行分析，计算出电流幅值Im、有功电流Imcosθ和无功电流Imsinθ；具体如下： 4.1)在参数辨识的短路实验和空载实验中，需要对变频器输出的正弦电流进行采样和基波分析，设其正弦交流信号y(t)为： y(t)＝Imcos(2πft+θ)+C                       (1) 其中f为正弦信号的输出频率，t为时间，θ为相位角，C为直流偏置； 4.2)对步骤4.1)中的公式(1)进行三角函数运算，获得公式(2)： y(t)＝Imcos(2πft)cosθ‑Imsin(2πft)sin(θ)+C   (2) 设： 其中|A1|即为有功电流，|B1|为无功电流； 4.3)设半个周期内n个采样点的采样时刻为t1，t2，…，tn，其对应的采样值为y1，y2，…，yn，由(2)式，设： 其中ε为残差平方和；则需要估计的即为A1、B1和C三个参数，而在参数辨识中，由于初始输出的正弦电流不存在直流偏置，因此这里只需要估计A1和B1两个参数的最优值； 4.4)求解A1和B1：要估计出最优A1和B1，需使得ε为最小值，因此有： 由于计算较为复杂，因此引入中间传导变量AN、AD、BN、BD、αi以及βi，其中： βi＝cos(2πfti)                 (6) αi＝sin(2πfti)                 (7) 经过计算得： A1＝AN/AD               (15) B1＝BN/BD                  (16) 4.5)：计算正弦电流的幅值和相位： θ＝argtan(B1/A1)             (18)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三参数估计的异步电机参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据变频器产生的正弦电流，确定正弦电流的频率f，计算出其周期T；
2)根据需要设定半个周期内需要采集的电流采样点数n；
3)以电压相位为0°时为时间起点，对正弦电流在半个周期内采集n个电流采样值；
4)采用三参数估计法对n个采样值进行分析，计算出电流幅值Im、有功电流Imcosθ和无功电流Imsinθ；具体如下：
4.1)在参数辨识的短路实验和空载实验中，需要对变频器输出的正弦电流进行采样和基波分析，设其正弦交流信号y(t)为：
y(t)＝Imcos(2πft+θ)+C(1)
其中f为正弦信号的输出频率，t为时间，θ为相位角，C为直流偏置；
4.2)对步骤4.1)中的公式(1)进行三角函数运算，获得公式(2)：
y(t)＝Imcos(2πft)cosθ-Imsin(2πft)sin(θ)+C(2)
设：
其中|A1|即为有功电流，|B1|为无功电流；
4.3)设半个周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，王胜勇，王国强，康现伟，
申请(专利权)人：中冶南方武汉自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42