异步电机转速估算系统及估算方法技术方案

本发明专利技术提出一种异步电机转速估算系统及转速估算方法，估算系统包括用于为定子注入高频电压的高频电压注入单元、定子电流测量单元及处理器；定子电流测量单元包括两个定子电流传感器，分别用于测量定子两相电流；处理器获取定子电流，基于两相静止坐标系下的定子电流，最终计算获得转子转速。本发明专利技术提供了一种间接估算电机转速的方法，该方法不需要依赖转速测量装置，只需要测量电机两相定子电流，结合电机特性参数，即可精确估算电机的转子机械转速与转子的电角度，特别是能够实现电机在低转速段运行时的精确机械转速估算。该方法可以进一步用于电机无速度传感器控制等领域。

Asynchronous motor speed estimation system and estimation method

The invention provides an asynchronous motor speed estimation system and a speed estimation method. The estimation system comprises a high frequency voltage injection unit, a stator current measurement unit and a processor for injecting high frequency voltage into the stator, and a stator current measurement unit comprising two stator current sensors for measuring the two-phase current of the stator. The stator current is obtained and the rotor speed is calculated based on the stator current in two-phase stationary coordinate system. The invention provides a method for indirectly estimating the rotational speed of a motor, which does not depend on the rotational speed measuring device, only needs to measure the two-phase stator current of the motor, and combines with the characteristic parameters of the motor, can accurately estimate the rotational speed of the motor and the electric angle of the rotor, especially when the motor runs at low rotational speed. Accurate mechanical speed estimation. This method can be further applied to motor speed sensorless control and other fields.

【技术实现步骤摘要】
异步电机转速估算系统及估算方法
本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种电机转速估算方法和估算系统。
技术介绍
对于电机控制系统来说，精确地检测电机的转速是一个极为重要的技术难点，直接关系控制策略的选择和控制结果的好坏。现有技术中，电机转速的获取方式主要有直接法和间接法。直接法是指直接根据电机的机械运动来获得电机的转速，例如安装速度传感器来测量速度，需要依靠外接测量装置。间接法主要包括估算方法，例如，采用电机的多项指标进行电机速度的估算，通常存在算法复杂、电机在低转速段运行时估算结果不准确的缺陷。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中电机转速的获取难、精准性差的问题，提供一种电机转速的估算系统和估算方法。该系统和方法可精确估算电机转速，特别是电机在低转速段运行时的精确机械转速估算。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种异步电机转速估算系统，包括定子电流测量单元及处理器；用于为定子注入高频电压的高频电压注入单元、定子电流测量单元包括两个定子电流传感器，分别用于测量定子两相电流；处理器包括：数据采集单元：用以采集定子电流传感器测量的定子电流值；定子电流换算单元：用以将采集的定子电流值换算成两相静止坐标系下的定子电流，并将换算获得的两相静止坐标系下的定子电流换算为同步旋转坐标系下的定子电流；带通滤波单元：用于对定子电流换算单元换算后的两相静止坐标系下的定子电流值进行带通滤波；同步轴系高通滤波单元：用以对带通滤波后的电流值进行同步轴系高通滤波；外差计算单元：用以对同步轴系高通滤波后的电流值进行外差计算；负载转矩计算单元：用以根据外差计算单元计算得的外差值计算电机负载转矩；电磁转矩计算单元：用以计算电机的电磁转矩；转速计算单元：用以根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机的转速。优选的是，处理器进一步包括相位补偿单元，用以对同步轴系高通滤波后的电流值进行相位补偿；外差计算单元获取相位补偿单元处理后的数据。本专利技术还提供了一种异步电机转速估算方法，包括以下步骤：为电机定子注入高频电压；测量异步电机任意两相的定子电流Ia和Ib；将含有高频成分的定子电流换算成两相静止坐标系下的定子电流，换算后的两相静止坐标系下的定子电流，仍然包含两种成分：高频成分与基频成分；进一步转换成同步旋转坐标系下的定子电流；对换算后的两相静止坐标系下的定子电流进行带通滤波；对进行带通滤波后的电流进行同步轴系高通滤波，获得高频电流的负序分量；对高频电流负序分量进行外差计算；基于高频电流负序分量外差计算电机负载转矩；计算电机的电磁转矩；根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机转子机械转速。优选的是，估算方法进一步包括以下步骤：对进行高通滤波后的电流进行相位补偿；所述相位补偿的方法为：通过同步轴系高通滤波单元的波特图确定高频频率点的相位滞后，根据滞后的相位进行向量补偿。优选的是，将测量的定子电流换算为两相静止坐标系下定子电流的方法为：上式中，Ialpha为两相静止坐标系下的α轴定子电流；Ibeta为两相静止坐标系下的β轴定子电流，Ialpha、Ibeta含有基频成分和高频成分；将测量的定子电流换算为同步旋转坐标系下定子电流的方法为：上式中，θr为估算出的转子电角度，Id为两相静止坐标系下定子电流Ialpha对应的旋转坐标系下的定子电流，Iq为两相静止坐标系下定子电流Ibeat对应的旋转坐标系下的定子电流。优选的是，相位补偿的方法为，通过同步轴系高通滤波单元的波特图确定高频频率点的相位滞后，并通过下式进行相位补偿：上式中，θ′即为通过波特图确定的滞后相位角，Iαlpha_SHPF和Ibeta_SHPF为两相静止坐标系下的高频电流负序分量；I′αlpha_SHPF和′Ibeta_SHPF为经过相位补偿后，得到的两相静止坐标系下的高频电流负序分量。优选的是，高频电流的负序分量进行外差计算的方法为：ε＝I′beta_SHPFcos(2θr)-I′αlpha_SHPFsin(2θr)(4)上式中，ε即为计算出的外差值，θr为估算出的转子电角度。优选的是：计算电机转速的方法分为计算转子机械转速的方法和同步转速的方法；计算转子机械转速的方法为：其中，ω为电机转子的机械转速，Te为电机的电磁转矩，TL为电机负载转矩，J为电机的转动惯量；计算转子同步转速的方法为：计算电机的转差ωslip：其中，Tr为转子时间常数，其计算方法为：其中，Lr为电机转子电感，Rr为电机转子电阻；计算转子的同步转速ωsyn：ωsyn＝ω+ωslip(8)。优选的是：进一步包括以下步骤，计算电机的转子角度，计算方法为：与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术提供了一种间接估算电机转速的方法，该方法不需要依赖转速测量装置，只需要测量电机两相定子电流，结合电机特性参数，即可精确估算电机的转子机械转速与转子的电角度，特别是能够实现电机在低转速段运行时的精确机械转速估算。该方法可以进一步用于电机无速度传感器控制等领域。附图说明图1为本专利技术电机转速估算系统结构示意图；图2为本专利技术转速估算流程示意图。具体实施方式以下，结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的描述。本专利技术提供了一种异步电机转速估算系统，该系统用于在不采用转速传感器的前提下，进行异步电机转速的估算。一种异步电机转速估算系统，包括用于为定子注入高频电压的高频电压注入单元、定子电流测量单元及处理器，本实施例中，采用DSP处理器。其中高频电压注入单元用以为电机定子注入高频电压，高频电压直接叠加在基频电压上，与基频电压一起施加在电机的定子上。在基频电压之上又注入了高频电压，因此定子电流就会含有高频成分和基频成分。定子电流测量单元包括两个定子电流传感器，分别用于测量定子两相电流，此处所述的两相是指三相中的任意两相。本实施例中，两个定子电流传感器分别用于测量定子U相和V相的定子电流。处理器为整个系统的处理核心，用于转速的估算，包括：数据采集单元：用以采集定子电流传感器测量的定子电流值；本实施例中，采集的为定子U相和V相的定子电流。定子电流换算单元：用以将数据采集单元采集的定子电流值换算成两相静止坐标系下的定子电流，换算出的两相静止坐标系下的定子电流同样含有高频成分和基频成分。定子电流换算单元进一步将换算获得的两相静止坐标系下的定子电流换算为同步旋转坐标系下的定子电流。带通滤波单元：用于对定子电流换算单元换算后的两相静止坐标系下的定子电流值进行带通滤波；带通滤波的目的是过滤掉两相静止坐标系下定子电流中的基频成分。同步轴系高通滤波单元：用以对带通滤波后的电流值进行同步轴系高通滤波；高通滤波的目的是对带通滤波后的电流进行处理，获得电流高频成分的负序分量。外差计算单元：用以对高通滤波后的电流值进行外差计算。负载转矩计算单元：用以根据外差计算单元计算得的外差值计算电机负载转矩。电磁转矩计算单元：用以计算电机的电磁转矩。转矩计算单元：用以根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机的转速。作为本专利技术的进一步优化，处理器进一步包括相位补偿单元，用以对同步轴系高通滤波后的电流值进行相位补偿；外差计算单元获取相位补偿单元处理后的数据，即外差计算单元采用相位补偿后的高频成分负序分量进行外差计算。本专利技术进一步提供一种异步电机转速估算方法，该方法主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步电机转速估算系统，其特征在于：包括用于为定子注入高频电压的高频电压注入单元、定子电流测量单元及处理器；所述定子电流测量单元包括两个定子电流传感器，分别用于测量定子两相电流；所述处理器包括：数据采集单元：用以采集定子电流传感器测量的定子电流值；定子电流换算单元：用以将数据采集单元采集的定子电流值换算成两相静止坐标系下的定子电流，并将换算获得的两相静止坐标系下的定子电流换算为同步旋转坐标系下的定子电流；带通滤波单元：用于对定子电流换算单元换算后的两相静止坐标系下的定子电流值进行带通滤波；同步轴系高通滤波单元：用以对带通滤波后的电流值进行同步轴系高通滤波；外差计算单元：用以对同步轴系高通滤波后的电流值进行外差计算；负载转矩计算单元：用以根据外差计算单元计算得的外差值计算电机负载转矩；电磁转矩计算单元：用以计算电机的电磁转矩；转速计算单元：用以根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机的转速。

【技术特征摘要】
1.一种异步电机转速估算系统，其特征在于：包括用于为定子注入高频电压的高频电压注入单元、定子电流测量单元及处理器；所述定子电流测量单元包括两个定子电流传感器，分别用于测量定子两相电流；所述处理器包括：数据采集单元：用以采集定子电流传感器测量的定子电流值；定子电流换算单元：用以将数据采集单元采集的定子电流值换算成两相静止坐标系下的定子电流，并将换算获得的两相静止坐标系下的定子电流换算为同步旋转坐标系下的定子电流；带通滤波单元：用于对定子电流换算单元换算后的两相静止坐标系下的定子电流值进行带通滤波；同步轴系高通滤波单元：用以对带通滤波后的电流值进行同步轴系高通滤波；外差计算单元：用以对同步轴系高通滤波后的电流值进行外差计算；负载转矩计算单元：用以根据外差计算单元计算得的外差值计算电机负载转矩；电磁转矩计算单元：用以计算电机的电磁转矩；转速计算单元：用以根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机的转速。2.如权利要求1所述的异步电机转速估算系统，其特征在于：所述处理器进一步包括相位补偿单元，用以对高通滤波后的电流值进行相位补偿；所述外差计算单元获取相位补偿单元处理后的数据。3.异步电机转速估算方法，其特征在于：包括以下步骤：为电机定子注入高频电压；测量异步电机任意两相的定子电流Ia和Ib；将含有高频成分的定子电流换算成两相静止坐标系下的定子电流，并进一步转换成两相同步坐标系下的定子电流；对换算后的两相静止坐标系下的定子电流进行带通滤波；对进行带通滤波后的电流进行同步轴系高通滤波，获得高频电流的负序分量；对高频电流负序分量进行外差计算；基于高频电流负序分量外差计算电机负载转矩；计算电机的电磁转矩；根据电机的负载转矩和电机的电磁转矩计算电机转子机械转速。4.如权利要求3所述的异步电机转速估算方法，其特征在于：所述估算方法进一步包括以下步骤：对进行同步轴系高通滤波后的电流进行相位补偿；所述相位补偿的方法为：通过同步轴系高通滤波单元的波特图确定高频频率点的相位滞后，根据滞...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家明，张利军，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37