一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略制造技术

本发明专利技术属于电力电子与电力传动及新能源技术领域，涉及一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略。为了解决电机参数辨识不准确问题，进行相应的定子电阻、转子电阻、转子漏感和励磁电感参数在线补偿，并利用离线的单相交流试验和空载试验测得参数在线补偿所需补偿系数。利用电机温度在线补偿定、转子电阻。利用转差频率和电机温度在线补偿转子电阻和转子漏感。利用励磁电流在线补偿励磁电感。采用本发明专利技术所述方法获得电机参数，为矢量控制和直接转矩控制提供基础，解决了由于电机参数变化导致输出转矩不准确的问题，保证了电机系统稳定准确的动态响应。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略
本专利技术属于电力电子与电力传动及新能源
，涉及一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略。
技术介绍
在现代电机变频调速技术中，矢量控制和直接转矩控制是两种主要的电机控制方法；不论是矢量控制中励磁电流与转矩电流的解耦；还是直接转矩控制中磁链的观测，都依赖于准确的电机参数。在电机实际运行的过程中，电阻温度变化导致电机电阻发生变化，集肤效应导致转子侧参数变化，磁饱和导致励磁电感变化。由于以上问题的存在，很难保证在动态过程中对电流解耦和观测磁链，从而影响电机系统的控制效果和运行性能。传统的辨识方法有空载试验和堵转试验，但是以上方法属于离线辨识方法，无法解决在线参数辨识的问题。针对参数辨识的问题，主要有两种电机参数辨识的方法：参数离线辨识和参数在线辨识。1.参数离线辨识。在电动机运行之前，变频器执行一套用于检测电动机参数的自动程序，对电动机施加特定波形的激励，一般保持电动机处于静止状态，检测电动机的响应以辨识电动机的参数，并将变频器中的电机参数设置好，称为参数离线辨识。2.参数在线辨识。由工况变化引起的电动机参数改变是缓慢的，因而对电动机的参数进行实时在线辨识，然后及时校准控制器中的电动机参数。
技术实现思路
本专利技术公开一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，对定、转子电阻、转子漏感、励磁电感进行辨识。基于温度与电阻之间的线性关系，利用电机温度在线补偿定、转子电阻；基于集肤效应，利用转差频率和温度进一步补偿转子电阻和转子漏感；基于磁饱和效应，利用励磁电流在线补偿励磁电感，从而获得电机参数，为矢量控制和直接转矩控制提供基础，解决了由于电机参数变化导致输出转矩不准确的问题，保证了电机系统稳定准确的动态响应。具体技术方案如下：一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，包括以下步骤：A、利用离线的单相交流试验获得不同转差频率fslip、不同的电机转子温度情况下的离线交流转子电阻和离线交流转子漏感(注：此处“交流”表示考虑了集肤效应的转子侧阻抗；反之，“直流”表示未考虑集肤效应的转子侧阻抗)；B、利用离线的空载实验获得不同励磁电流Im下的离线励磁电感Lm，即磁饱和曲线；C、基于定、转子电阻参数与电机温度之间的线性关系，利用电机温度对T0温度下的定子电阻Rs0和初始直流转子电阻在线补偿，得到在线补偿后的定子电阻和补偿后的直流转子电阻D、基于集肤效应导致交流转子电阻和转子漏感变化的特点，一方面利用不同转差频率fslip和电机转子温度下的交流转子漏感变化系数klr在线补偿直流转子漏感得到补偿后的交流转子漏感另一方面在上述补偿后的直流转子电阻的基础上，进一步根据不同转差频率fslip和电机转子温度下的交流转子电阻变化系数krr得到补偿后的交流转子电阻E、基于磁饱和原理，利用励磁电流Im在线补偿离线励磁电感Lm，得到补偿后的励磁电感在上述技术方案的基础上，步骤A的具体步骤如下：A1、通过控制A相与B相大小相等，相位差为180°，C相与B相输出电压相等，通入足够高的电机定子频率fe，进行离线的单相交流试验，构建单相交流试验等效电路；A2、通过电桥测得电机离线定子电阻Rs，通过电流传感器测得电机电流Ia，通过电压重构，并补偿死区时间得到电机电压Va，以及通过相关函数法计算得到电机电压Va和电机电流Ia之间相位差θ；A3、由式(1)和式(2)计算得到电机离线交流转子电阻定子漏感Lls以及离线交流转子漏感其中，Req和Xeq分别为单相交流试验等效电路中的等效电阻和等效电抗；ωe为电机定子角频率；A4、对构建的单相交流试验等效电路，采取不同的转差频率fslip、不同的电机转子温度通过步骤A2和A3的方法，测算出对应情况下的离线交流转子电阻和离线交流转子漏感并且当注入电机的定子频率fe很低时，认为没有发生集肤效应，认为此时计算得到的离线交流转子电阻的数值为直流转子电阻认为此时计算得到的离线交流转子漏感的数值为直流转子漏感其中转差频率fslip由式(3)计算，fslip＝fe-fr(3)其中，fr为转子转速，fe为电机定子频率。在上述技术方案的基础上，步骤B的具体步骤如下：B1、在电机空载条件下，进行离线的空载实验，构建空载实验等效电路；B2、通过电桥测得电机离线定子电阻Rs，通过离线的单相交流试验获得定子漏感Lls，通过电流传感器测得电机电流ia，通过电压重构，并补偿死区时间得到电机电压Va；B3、由式(4)和式(5)计算得到电机离线励磁电感Lm：其中，E为电机离线励磁电感Lm上产生的电势；B4、对构建的空载实验等效电路，采取不同的励磁电流Im，通过步骤B2和B3的方法，测算出对应励磁电流Im下的离线励磁电感Lm，所述励磁电流Im为电机电流ia。在上述技术方案的基础上，步骤C中所述在线补偿后的定子电阻和补偿后的直流转子电阻分别利用式(13)和(14)计算得到，其中，Rs0为T0温度下的初始定子电阻，为T0温度下、不考虑集肤效应的初始直流转子电阻，所述初始直流转子电阻采用以下方法计算：当单相交流试验的转差频率fslip很低时，测算得到的离线交流转子电阻数值与初始直流转子电阻的数值相等；Ts为当前电机定子绕组温度，为当前电机转子温度，K为与导体材料有关的温度补偿系数，K的具体数值分别根据定子和转子的材料确定。在上述技术方案的基础上，步骤D的具体步骤为：D1、根据步骤A4获得的离线交流转子电阻和离线交流转子漏感步骤C获得的补偿后的直流转子电阻和直流转子漏感由式(15)计算得到不同的转差频率fslip、不同的电机转子温度情况下的交流转子电阻变化系数krr和交流转子漏感变化系数klr，对上述单相交流试验采取很低的转差频率fslip，将测算得到的离线交流转子漏感的数值作为直流转子漏感的数值；D2、根据在线补偿后的直流转子电阻直流转子漏感步骤D1获得的交流转子电阻变化系数krr和交流转子漏感变化系数klr，通过式(16)，得到补偿后的交流转子电阻和交流转子漏感在上述技术方案的基础上，步骤E的具体步骤为：E1、通过步骤B4获得不同励磁电流Im下的离线励磁电感Lm的数据，根据式(17)获得励磁电流Im和励磁磁通之间的数据关系，E2、对步骤E1获得的励磁电流Im和励磁磁通之间的数据关系，利用二次多项式曲线拟合，所述二次多项式曲线的形式如式(18)所示，其中多项式系数a0、a1和a2通过获得的励磁电流Im和励磁磁通之间的数据关系，由MATLAB软件拟合得到；E3、通过电压模型磁链在线观测得到在线励磁磁通然后根据式(19)反推得到在线励磁电流最后根据式(20)在线计算，得到补偿后的励磁电感在上述技术方案的基础上，所述电压模型磁链观测为：根据式(21)-(23)计算得到电机的在线励磁磁通其中，isα、isβ分别为α轴、β轴定子电流，usα、usβ分别为α轴、β轴定子电压，分别为α轴、β轴定子磁链，分别为α轴、β轴励磁磁链。本专利技术的有益技术效果如下：本专利技术基于温度与电阻之间的线性关系，利用电机温度在线补偿定、转子电阻；基于集肤效应，利用转差频率和温度进一步补偿转子电阻和转子漏感；基于磁饱和效应，利用励磁电流在线补偿励磁电感，从而获得电机参数，为矢量控制和直接转矩控制提供基础，解决了由于电机参数变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，其特征在于，包括以下步骤：A、利用离线的单相交流试验获得不同转差频率fslip、不同的电机转子温度情况下的离线交流转子电阻

【技术特征摘要】
1.一种适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，其特征在于，包括以下步骤：A、利用离线的单相交流试验获得不同转差频率fslip、不同的电机转子温度情况下的离线交流转子电阻和离线交流转子漏感B、利用离线的空载实验获得不同励磁电流Im下的离线励磁电感Lm；C、基于定、转子电阻参数与电机温度之间的线性关系，利用电机温度对T0温度下的初始定子电阻Rs0和初始直流转子电阻在线补偿，得到在线补偿后的定子电阻和补偿后的直流转子电阻D、基于集肤效应导致交流转子电阻和转子漏感变化的特点，一方面利用离线的单相交流试验得到不同转差频率fslip和电机转子温度下的交流转子漏感变化系数klr在线补偿直流转子漏感得到补偿后的交流转子漏感另一方面在上述补偿后的直流转子电阻的基础上，同样地利用交流转子电阻变化系数krr进一步在线补偿得到交流转子电阻E、基于磁饱和原理，利用励磁电流Im在线补偿离线励磁电感Lm，得到补偿后的励磁电感2.如权利要求1所述的适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，其特征在于：步骤A的具体步骤如下：A1、通过控制A相与B相大小相等，相位差为180°，C相与B相输出电压相等，通入足够高的电机定子频率fe，进行离线的单相交流试验，构建单相交流试验等效电路；A2、通过电桥测得电机离线定子电阻Rs，通过电流传感器测得电机电流Ia，通过电压重构，并补偿死区时间得到电机电压Va，以及通过相关函数法计算得到电机电压Va和电机电流Ia之间相位差θ；A3、由式(1)和式(2)计算得到电机离线交流转子电阻定子漏感Lls以及离线交流转子漏感其中，Req和Xeq分别为单相交流试验等效电路中的等效电阻和等效电抗；ωe为电机定子角频率；A4、对构建的单相交流试验等效电路，采取不同的转差频率fslip、不同的电机转子温度通过步骤A2和A3的方法，测算出对应情况下的离线交流转子电阻和离线交流转子漏感并且当注入电机的定子频率fe很低时，此时计算得到的离线交流转子电阻的数值为直流转子电阻此时计算得到的离线交流转子漏感的数值为直流转子漏感其中转差频率fslip由式(3)计算，fslip＝fe-fr(3)其中，fr为转子转速，fe为电机定子频率。3.如权利要求2所述的适用于轨道交通牵引电机参数在线辨识的策略，其特征在于：步骤B的具体步骤如下：B1、在电机空载条件下，进行离线的空载实验，构建空载实验等效电路；B2、通过电桥测得电机离线定子电阻Rs，通过离线的单相交流试验获得定子漏感Lls，通过电流传感器测得电机电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，唐敬，刘志刚，邱瑞昌，倪瑞政，李庭，王辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11