异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法技术

本发明专利技术公开了一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，本方法根据采集并运算得到的两相静止坐标系αβ下电机定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ω

【技术实现步骤摘要】
异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法
本专利技术涉及一种异步电机参数在线矫正方法，具体地说是异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法。
技术介绍
异步电机是一类高阶多变量非线性强耦合系统，矢量控制的应用使其获得了直流电机调速性能。间接矢量控制通过转速和转差频率的加和获得同步速度，进而获得磁链定向角。该矢量控制算法简单，易于工程实现，且具有较好的稳定型，因此是应用较为广泛的一种矢量控制方案。转差频率计算的准确性，完全取决于转子时间常数的准确性，而该参数受温度、磁饱和、涡流等因素的影响通常偏离其标称值，制约着矢量定向的准确和间接矢量控制系统的性能。另外，在电动汽车驱动系统中，通常需要对整车控制系统下发的转矩指令进行跟踪，使得系统控制精度对参数变化更为敏感。当系统控制用转子电阻、励磁电感等参数偏离其真实值时，转子磁场定向将会失准，系统的稳态控制精度和动态响应能力都将下降。为提升矢量控制性能，关键在于转子电阻和励磁电感的准确辨识。为此，人们做出了各种努力，如题为“一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法”(陆海峰等，中国电机工程学报,2005年第25卷第6期116-120页)的文章和题为“基于转子磁链q轴分量的异步电机间接矢量控制转差频率校正”(樊扬等，中国电机工程学报,2009年第29卷第9期62-66页)的文章。这两篇文章分别提出了基于无功功率和转子磁链交轴分量的磁链定向在线校正方案，前者利用无功功率的偏差对转子时间常数进行在线校正，后者则利用转子磁链交轴分量实现校正，但这两种矫正算法都受励磁电感影响。题为“一种利用转矩观测矫正异步电机转子磁场定向的方法”(燕俊峰等，中国电机工程学报，2015年第35卷第7期4517-4523页)的文章。该文利用转矩模型参考自适应对转差频率进行校正，但该方案受负载的影响较大。题为“基于参数在线校正的电动汽车异步电机间接矢量控制”(张杰等，电工技术学报，2014第29卷第7期90-96页)的文章。该文通过电压的稳态模型获得磁链，并基于此设计了励磁电感和转子时间常数在线校正方案，虽然克服了磁链获得的积分问题，但其校正方案的暂态性能受到磁链计算的影响。综上所述，现有技术均未能较好的实现参数及定向的在线矫正。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服上述各种参数矫正的局限性，针对电机运行过程中转子电阻及励磁电感的偏差，提供一种较为准确且快速的参数同时矫正方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，包括如下步骤：步骤1，采集异步电机在静止坐标系αβ下的定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ωr；步骤2，建立在静止坐标系αβ下异步电机状态空间表达式为：在公式(1)中，e为反电动势向量，为e的微分，为转子磁链向量，为的微分，ωs为转子磁链电角速度，Lm为励磁电感，Lr为转子电感，Ls为定子电感，αr＝Rr/Lr为转子时间常数倒数，ε＝δLsLr/Lm，其中Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，为反对称矩阵；步骤3，根据公式(2)建立转子磁链滑模观测器，对转子磁链向量进行观测：在公式(2)中，为反电动势向量e的观测值，为的微分，为转子磁链向量观测值，为的微分，为反电动势误差，为系统中给定励磁电感，为系统中给定转子电感，为系统中给定定子电感，为系统中给定转子时间常数倒数，其中为系统中给定转子电阻，为系统中给定定子电阻，k为设定的观测器增益一，g为设定的观测器增益二，k和g的数值均为负数；步骤4，根据步骤1中得到定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ωr，经过参数偏差时电流磁链模型计算获得转子磁链矢量计算值步骤5，根据步骤3中获得的转子磁链向量观测值和步骤4中获得的转子磁链矢量计算值经过叉乘获得相位差正弦量sin(Δθ)，并设相位差Δθ≈sin(Δθ)，其中所述相位差为转子磁链矢量计算值的相位，θ为转子磁链向量观测值的相位；步骤6，根据步骤3中获得的转子磁链向量观测值和步骤4中获得的转子磁链矢量计算值两者幅值作差获得幅值差步骤7，利用电流磁链模型推导获得加权系数一f1、加权系数二f2、加权系数三f3、加权系数四f4；步骤8，根据步骤5中获得的相位差Δθ、步骤6中获得的幅值差和步骤7中获得的四个加权系数f1、f2、f3和f4，构建解耦矫正函数一用于矫正系统中给定转子电阻构建解耦矫正函数二用于矫正系统中给定励磁电感具体的，当系统中给定转子电阻和系统中给定励磁电感分别相对于转子电阻Rr和励磁电感Lm产生偏差时，进行以下两种操作：1)在系统中给定转子电阻中减去经过PI调节器的解耦矫正函数一将其矫正回转子电阻Rr；2)在系统中给定励磁电感中减去经过PI调节器的解耦矫正函数二将其矫正回励磁电感Lm。优选地，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的定子电压向量V的采集方式包括以下两种：第一种，采样得到实时异步电机线电压Uab、Ucb，经过公式(3)的坐标变换获得定子电压向量V；第二种，直接采用电机控制器运算单元计算出逆变器调制信号V′代替定子电压向量V。优选地，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的定子电流向量i的采集步骤如下：1)采样得到实时异步电机三相定子电流iA、iB、iC；2)利用公式(4)的坐标变换获得异步电机在静止坐标系αβ下的定子电流向量i。优选地，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的转子电角速度ωr的采集步骤如下：1)在一个预设采样周期T内采样安装在电机轴上的光电式旋转编码器发出的脉冲数N；2)根据转子电角速度ωr和光电式旋转编码器发出的脉冲数N以及预设采样周期T之间的关系计算出转子电角速度ωr，其计算公式为：在公式(5)中，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为异步电机极对数，T为预设采样周期。优选地，步骤2中所述的反电动势e按如下步骤获得：1)将异步电机的数学模型表示成如下形式：在公式(6)中Γ＝Lr/Lm，λ＝LrRs/Lm，为定子电流向量i的微分；将公式(6)中的反电动势e表示成如下形式：根据公式(6)，将高阶电流滑模观测器设计成如下形式：2)将公式(8)中的控制项U设计成如下形式：U＝Ueq+Un(9)在公式(9)中，其中，为电流观测误差；kp为高阶滑模观测器的比例系数，且满足kp＞0；ki为高阶滑模观测器的积分系数，且满足ki＞0；在公式(9)中，Un设计成如下形式：在公式(10)中，k′为高阶滑模观测器增益，为Un的微分，s为非奇异终端滑模面，γ＝diag(γαγβ)，γα＞0，γβ＞0；p，q为奇数，且满足1＜p/q＜2,η10＞0，η11＞0；3)当满足时，非奇异终端滑模观测器收敛，反电动势向量e由(11)获得，即：e＝U(11)。优选地，步骤2中所述的异步电机状态空间表达式(1)按如下步骤获得：1)将异步电机的数学模型表示成如下形式：在公式(12)中Γ＝Lr/Lm，λ＝LrRs/Lm，为i的微分；在公式(12)中，反电动势向量e按照下式计算：令转子电角速度ωr的微分则反电动势向量e的微分表示成如下形式：在公式(14)中，转子磁链电角速度ωs由反电动势e经过锁相环获得；2)将异步电机数学模型式(12)中的第1行代入公式(14)以消除电流微分项则反电动势向量e的微分进一步表述成如下形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集异步电机在静止坐标系αβ下的定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ω

【技术特征摘要】
1.一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集异步电机在静止坐标系αβ下的定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ωr；步骤2，建立在静止坐标系αβ下异步电机状态空间表达式为：在公式(1)中，e为反电动势向量，为e的微分，为转子磁链向量，为的微分，ωs为转子磁链电角速度，Lm为励磁电感，Lr为转子电感，Ls为定子电感，αr＝Rr/Lr为转子时间常数倒数，ε＝δLsLr/Lm，其中Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，为反对称矩阵；步骤3，根据公式(2)建立转子磁链滑模观测器，对转子磁链向量进行观测：在公式(2)中，为反电动势向量e的观测值，为的微分，为转子磁链向量观测值，为的微分，为反电动势误差，为系统中给定励磁电感，为系统中给定转子电感，为系统中给定定子电感，为系统中给定转子时间常数倒数，其中为系统中给定转子电阻，为系统中给定定子电阻，k为设定的观测器增益一，g为设定的观测器增益二，k和g的数值均为负数；步骤4，根据步骤1中得到定子电压向量V、定子电流向量i和转子电角速度ωr，经过参数偏差时电流磁链模型计算获得转子磁链矢量计算值步骤5，根据步骤3中获得的转子磁链向量观测值和步骤4中获得的转子磁链矢量计算值经过叉乘获得相位差正弦量sin(Δθ)，并设相位差Δθ≈sin(Δθ)，其中所述相位差为转子磁链矢量计算值的相位，θ为转子磁链向量观测值的相位；步骤6，根据步骤3中获得的转子磁链向量观测值和步骤4中获得的转子磁链矢量计算值两者幅值作差获得幅值差步骤7，利用电流磁链模型推导获得加权系数一f1、加权系数二f2、加权系数三f3、加权系数四f4；步骤8，根据步骤5中获得的相位差Δθ、步骤6中获得的幅值差和步骤7中获得的四个加权系数f1、f2、f3和f4，构建解耦矫正函数一用于矫正系统中给定转子电阻构建解耦矫正函数二用于矫正系统中给定励磁电感具体的，当系统中给定转子电阻和系统中给定励磁电感分别相对于转子电阻Rr和励磁电感Lm产生偏差时，进行以下两种操作：1)在系统中给定转子电阻中减去经过PI调节器的解耦矫正函数一将其矫正回转子电阻Rr；2)在系统中给定励磁电感中减去经过PI调节器的解耦矫正函数二将其矫正回励磁电感Lm。2.根据权利要求1所述的一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的定子电压向量V的采集方式包括以下两种：第一种，采样得到实时异步电机线电压Uab、Ucb，经过公式(3)的坐标变换获得定子电压向量V；第二种，直接采用电机控制器运算单元计算出逆变器调制信号V′代替定子电压向量V。3.根据权利要求1所述的一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的定子电流向量i的采集步骤如下：1)采样得到实时异步电机三相定子电流iA、iB、iC；2)利用公式(4)的坐标变换获得异步电机在静止坐标系αβ下的定子电流向量i。4.根据权利要求1所述的一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，步骤1中所述的异步电机在静止坐标系αβ下的转子电角速度ωr的采集步骤如下：1)在一个预设采样周期T内采样安装在电机轴上的光电式旋转编码器发出的脉冲数N；2)根据转子电角速度ωr和光电式旋转编码器发出的脉冲数N以及预设采样周期T之间的关系计算出转子电角速度ωr，其计算公式为：在公式(5)中，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为异步电机极对数，T为预设采样周期。5.根据权利要求1所述的一种异步电机转子电阻及励磁电感解耦矫正方法，其特征在于，步骤2中所述的反电动势e按如下步骤获得：1)将异步电机的数学模型表示成如下形式：在公式(6)中Γ＝Lr/Lm，λ＝LrRs/Lm，为定子电流向量i的微分；将公式(6)中的反电动势e表示成如下形式：根据公式(6)，将高阶电流滑模观测器设计成如下形式：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑英，丁大尉，李曦，张兴，谢震，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34