无速度传感器电机的速度辨识方法及电机保护方法技术

无速度传感器电机的速度辨识方法及电机保护方法，其中，速度辨识方法包括：转子磁链分量确定步骤，获取待分析电机的电压数据和电流数据，根据电压数据和电流数据分别计算在电压模型下和电流模型下待分析电机在两相静止α‑β坐标系下的转子磁链分量；速度辨识自适应律确定步骤，根据转子磁链分量计算待分析电机的速度辨识自适应律；辨识速度确定步骤，根据速度辨识自适应律计算待分析电机的转子电角速度。该方法实现过程简单，其速度辨识自适应律的计算过程能够降低低速制动工况下速度辨识发散的问题，从而使得最终得到的电机的转子电角速度更加准确。

Speed identification method of speed sensorless motor and method of motor protection

The speed estimation method for speed sensorless motor and motor protection method, including speed identification methods: rotor flux components determined step, obtaining motor voltage data and current data to be analyzed, according to the voltage data and current data were calculated in the voltage model and current model of rotor flux components in the two-phase stationary alpha beta coordinates; speed identification adaptive law to determine the steps according to the calculation speed identification adaptive law to analyze motor rotor flux components; the step of determining the identification speed according to the speed identification adaptive law to calculate the rotor angular velocity analysis. The implementation process is simple, and the speed identification and adaptive law calculation process can reduce the problem of speed identification and divergence under low speed braking conditions, so that the final rotor speed of the motor is more accurate.

【技术实现步骤摘要】
无速度传感器电机的速度辨识方法及电机保护方法
本专利技术涉及电机
，具体地说，涉及无速度传感器电机的速度辨识方法及电机保护方法。
技术介绍
在城市轨道交通牵引传动领域，交流传动已逐步取代直流传动成为应用主流。目前成熟且最为广泛应用的模式为电压型交直交逆变器驱动异步电动机的控制方式，在控制策略上一般采用矢量控制或直接转矩控制算法，一般需安装速度传感器以实时反馈当前转子信息。然而，轨道交通用速度传感器齿数较少，限制了牵引系统在低速区的控制精度。尽管轨道交通牵引用速度传感器针对恶劣环境下工作进行了特殊设计，但由于速度传感器与牵引电机合为一体，导致其工作环境温升超过100℃，并且由于路轨的平整度以及车辆运行中的机械振动使其承受很大的机械应力，故障率相对较高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种无速度传感器电机的速度辨识方法，所述方法包括：转子磁链分量确定步骤，获取待分析电机的电压数据和电流数据，根据所述电压数据和电流数据分别计算在电压模型下和电流模型下所述待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量；速度辨识自适应律确定步骤，根据所述转子磁链分量计算所述待分析电机的速度辨识自适应律；辨识速度确定步骤，根据所述速度辨识自适应律计算所述待分析电机的转子电角速度。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式计算所述转子电角速度：ω＝KpΔω+Ki∫Δωdt其中，ω表示转子电角速度，Kp和Ki分别表示PI调节的比例调节参数和积分调节参数，Δω表示速度辨识自适应律，t表示时间。根据本专利技术的一个实施例，速度辨识自适应律确定步骤包括：根据所述转子磁链分量分别计算在电压模型下和电流模型下所述待分析电机的磁通量；根据所述待分析电机的磁通量和计算所述待分析电机的速度辨识自适应律。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式计算在电压模型下所述待分析电机的磁通量：根据如下表达式计算在电流模型下所述待分析电机的磁通量：ψr＝ψrα+jψrβ其中，和ψr分别表示电压模型和电流模型下待分析电机的转子磁通量，ψrα和ψrβ分别表示电流模型下待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量，和分别表示电压模型下待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式计算所述速度辨识自适应律：其中，Δω表示速度辨识自适应律，和ψr分别表示电压模型和电流模型下待分析电机的转子磁通量，k表示预设调节参数。根据本专利技术的一个实施例，转子磁链观测器的电压模型表示为：其中，和分别表示电压模型下在两相静止α-β坐标系下转子磁链分量，Lr表示转子电感，Lm表示互感，usα和usβ分别表示两相静止α-β坐标系下定子电压分量，Rs表示定子电阻，Ls表示定子电感，p表示微分算子，isα和isβ分别表示在两相静止α-β坐标系下定子电流分量，t表示时间。根据本专利技术的一个实施例，所述转子磁链观测器的电流模型表示为：其中，ψrα和ψrβ分别表示电流模型下在两相静止α-β坐标系下转子磁链分量，Lm表示互感，Tr表示时间常数，isα和isβ分别表示在两相静止α-β坐标系下定子电流分量，ω表示转子电角速度。本专利技术还提供了一种电机保护方法，所述方法包括：辨识速度确定步骤，利用如上任一项所述的方法确定待分析电机的转子电角速度，并根据所述转子电角速度确定机车的估计速度；电机保护步骤，根据所述估计速度确定所述待分析电机的的状态，其中，当所述待分析电机出现速度辨识错误或速度辨识发散状况时，封锁电机逆变器，以实现对所述待分析电机的保护。根据本专利技术的一个实施例，在所述电机保护步骤中，利用传感器获取所述待分析电机的实际运行速度，得到参考速度；计算所述估计速度与参考速度的偏差，并判断该偏差是否大于预设偏差阈值，如果大于，则判定所述待分析电机出现速度辨识错误状况。根据本专利技术的一个实施例，在所述电机保护步骤中，根据所述辨识速度计算对应加速度；判断所述加速度是否大于预设加速度阈值，如果大于，则判定所述待分析电机出现速度辨识发散状况。本专利技术所提供的无速度传感器电机的速度辨识方法在确定电机的转子电角速度的过程中，并不需要使用相关的速度传感器或角速度传感器，该方法通过检测电机的电压数据和电流数据来确定其转子电角速度。同时，该方法实现过程简单，其速度辨识自适应律的计算过程能够降低低速制动工况下速度辨识发散的问题，从而使得最终得到的电机的转子电角速度更加准确。本专利技术所提供的电机保护方法是基于所确定出的电机的转子电角速度来进行电机保护，该方法能够有效确定出电机是否出现速度辨识错误或湿度辨识发散状况，进而实现对电机进行准确、有效地保护。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的异步电机T型等效电路图；图2是根据本专利技术一个实施例的无速度传感器的速度辨识方法的流程图；图3是根据本专利技术一个实施例的电机保护方法的流程图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。目前常用的速度辨识方法主要包括基于模型参考自适应法和全阶状态观测器法等。其中，全阶状态观测器法实现复杂，数据计算量大，并且系统的稳定性、快速跟随性等性能极易受反馈增益系数的影响。模型参考自适应法根据电机的电压模型和电流模型进行速度的观测，其物理意义明确、实现简单，但该方法存在低速大转矩制动工况下的稳定性问题。现有速度辨识方法中有部分方法采用全阶状态观测器对电机转子磁链进行观测，其根据观测器观测到的模型电流与实际电流的偏差与转子磁链得到辨识速度。这种方法计算量复杂并且存在低速制动发散的问题，并且未对关键参数(即反馈增益矩阵)的设计进行详细说明。现有速度辨识方法中还有部分方法设计出了全阶磁通观测器，该方法提出了基于修正的速度辨识算法，其能够解决感应电机制动模式下的稳定性问题。然而，该方法所使用的观测器反馈增益的配置较为复杂，不易实现。针对现有技术中所存在的上述问题，本文提出一种改进的模型参考自适应法解决低速制动速度辨识发散问题。图1示出了本实施例中异步电机T型等效电路模型。对于图1所示的等效电路图来说，其基本数学模型可以表示为：其中，usα和usβ分别表示两相静止α-β坐标系下定子电压分量，Rs表示，Ls表示定子电感，Lm表示互感，Lr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无速度传感器电机的速度辨识方法，其特征在于，所述方法包括：转子磁链分量确定步骤，获取待分析电机的电压数据和电流数据，根据所述电压数据和电流数据分别计算在电压模型下和电流模型下所述待分析电机在两相静止α‑β坐标系下的转子磁链分量；速度辨识自适应律确定步骤，根据所述转子磁链分量计算所述待分析电机的速度辨识自适应律；辨识速度确定步骤，根据所述速度辨识自适应律计算所述待分析电机的转子电角速度。

【技术特征摘要】
1.一种无速度传感器电机的速度辨识方法，其特征在于，所述方法包括：转子磁链分量确定步骤，获取待分析电机的电压数据和电流数据，根据所述电压数据和电流数据分别计算在电压模型下和电流模型下所述待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量；速度辨识自适应律确定步骤，根据所述转子磁链分量计算所述待分析电机的速度辨识自适应律；辨识速度确定步骤，根据所述速度辨识自适应律计算所述待分析电机的转子电角速度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述转子电角速度：ω＝KpΔω+Ki∫Δωdt其中，ω表示转子电角速度，Kp和Ki分别表示PI调节的比例调节参数和积分调节参数，Δω表示速度辨识自适应律，t表示时间。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，速度辨识自适应律确定步骤包括：根据所述转子磁链分量分别计算在电压模型下和电流模型下所述待分析电机的磁通量；根据所述待分析电机的磁通量计算所述待分析电机的速度辨识自适应律。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算在电压模型下所述待分析电机的磁通量：根据如下表达式计算在电流模型下所述待分析电机的磁通量：ψr＝ψrα+jψrβ其中，和ψr分别表示电压模型和电流模型下待分析电机的转子磁通量，ψrα和ψrβ分别表示电流模型下待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量，和分别表示电压模型下待分析电机在两相静止α-β坐标系下的转子磁链分量。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述速度辨识自适应律：其中，Δω表示速度辨识自适应律，和ψr分别表示电压模型和电流模型下待分析电机的转子磁通量，k表示预设调节参数。6.如权利要求3～5中任一项所述的方法，其特征在于，转子磁链观测器的电压模型表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可安，尚敬，梅文庆，刘勇，甘韦韦，贾岩，胡仙，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43