在线校正转子时间常数的方法、异步电机驱动方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种在线校正转子的时间常数的方法，方法包括：基于转子磁链的q轴分量建立参考模型和可调模型；将参考模型的自然输出值与可调模型的输出值进行差分并进行比例积分调节以得到转子时间常数的校正系数增量，进而得到转子时间常数的校正系数；通过校正系数来校正转子时间常数的离线测量值以得到转子时间常数的校正值。本发明专利技术采用转子磁链q轴分量作为参考模型，模型输出自然为零，不使用电机参数计算，鲁棒性好。并且，本发明专利技术既可省去对电机定子端电压的采样部分，又保证了观测的精度并且减小算法实现难度。另外，本发明专利技术能够有效、准确地实现对异步电机转子时间常数的在线校正，提高异步电机转矩控制精度，从而改善异步电机控制系统性能。

On-line Correction Method of Rotor Time Constant, Driving Method and Device of Asynchronous Motor

The invention provides a method for on-line correcting the time constant of a rotor, which includes: establishing a reference model and an adjustable model based on the q-axis component of the rotor flux; differentiating the natural output value of the reference model from the output value of the adjustable model and adjusting the proportional integral to obtain the increment of the correction coefficient of the rotor time constant, and then obtaining the correction coefficient of the rotor time constant; The off-line measurement value of the rotor time constant is corrected by overcorrection coefficient to obtain the corrected value of the rotor time constant. The invention adopts the q-axis component of the rotor flux as the reference model, the output of the model is naturally zero, and the calculation of motor parameters is not used, so the robustness is good. Moreover, the invention can not only omit the sampling part of the stator terminal voltage of the motor, but also ensure the observation accuracy and reduce the difficulty of algorithm implementation. In addition, the invention can effectively and accurately realize on-line correction of the time constant of the asynchronous motor rotor, improve the accuracy of the asynchronous motor torque control, and thereby improve the performance of the asynchronous motor control system.

【技术实现步骤摘要】
在线校正转子时间常数的方法、异步电机驱动方法及装置
本专利技术涉及电机控制领域，具体说涉及一种在线校正转子时间常数的方法、异步电机驱动方法及装置。
技术介绍
异步电机以其运行可靠、性能优良、维护方便等优点被广泛应用于各领域。目前，异步电机常采用基于转子磁场定向的矢量控制方法，矢量控制通过磁场定向，实现异步电机励磁电流分量和转矩电流分量的独立控制，从而使电机磁链和转矩解耦，获得了可媲美直流电机调速系统的控制性能。然而，异步电机在实际运行过程中电机本身会发热，转子电阻受电机温升影响，其阻值会发生变化，在这种情况下如不对异步电机转子时间常数进行在线校正，将会导致控制中转差计算值和理论值存在偏差，从而使磁场定向同步角计算值错误，导致磁场定向不准，影响异步电机的转矩控制精度，严重时会导致控制系统失稳。目前，针对异步电机转子时间常数在线校正主要分为基于信号注入或者频谱分析法、基于状态观测器的方法、基于模型参考自适应的方法以及智能控制等方法。基于信号注入的方法会对系统造成一定不良影响。基于状态观测器的方法和智能控制方法则存在计算量大、控制复杂、实用性较差的不足。而模型参考自适应的方法虽然具有简单、实用的特点，但目前参考模型计算都严重依赖电机本体参数，鲁棒性较差。因此，目前急需一种在线校正转子时间常数的方法、异步电机驱动方法及装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种在线校正转子的时间常数的方法，所述方法包括：基于转子磁链的q轴分量建立参考模型和可调模型；将所述参考模型的自然输出值与所述可调模型的输出值进行差分并进行比例积分调节以得到转子时间常数的校正系数增量，进而得到转子时间常数的校正系数；通过所述校正系数来校正转子时间常数的离线测量值以得到转子时间常数的校正值。根据本专利技术的一个实施例，所述参考模型的自然输出值为零，所述可调模型的输出值为转子磁链观测值。根据本专利技术的一个实施例，所述可调模型为转子磁链动态电压模型，其中，所述转子磁链q轴分量的观测值通过下式得到：其中，为转子磁链在αβ轴下的分量，usα，usβ为定子电压在αβ轴下的分量，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数。根据本专利技术的一个实施例，采用控制输出电压来作为所述转子磁链动态电压模型的输入，使得所述转子磁链q轴分量的观测值进一步通过下式得到：其中为转子磁链在αβ轴下的观测分量，u*sα，u*sβ为定子电压在αβ轴下的输出电压，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种异步电机驱动控制方法，所述方法包括以下步骤：基于转矩方程得到指令励磁电流和指令转矩电流；根据所述指令励磁电流、指令转矩电流、辨识后的转子时间常数以及采样得到的电机速度信号，计算得到同步频率，对所述同步频率进行积分得到磁场定向同步角；实时采集电机的实际电流，并将所述实际电流和所述磁场定向同步角经过坐标变换处理后得到反馈励磁电流和反馈转矩电流分量；将所述指令励磁电流分量减去所述反馈励磁电流分量进行比例积分调节，输出得到d轴控制电压，将所述指令转矩电流分量减去所述反馈转矩电流分量进行比例积分调节后，输出得到q轴控制电压；将所述d轴控制电压、q轴控制电压和所述磁场定向同步角经过dq-αβ坐标变换得到两相静止αβ坐标系下的控制电压，经过空间矢量调制SVPWM输出交流电压，以实现对电机的驱动控制，其中，所述辨识后的转子时间常数采用如在线校正异步电机转子的时间常数的方法中的步骤得到。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种在线校正转子的时间常数的装置，所述装置包括：模型建立模块，其用于基于转子磁链的q轴分量建立参考模型和可调模型；比例积分调节模块，其用于将所述参考模型的自然输出值与所述可调模型的输出值进行差分并进行比例积分调节以得到转子时间常数的校正系数增量，进而得到转子时间常数的校正系数；校正模块，其用于通过所述校正系数来校正转子时间常数的离线测量值以得到转子时间常数的校正值。根据本专利技术的一个实施例，所述装置包括第一转子磁链q轴观测值模块，其用于运用以下公式计算得到转子磁链q轴观测值：其中，为转子磁链在αβ轴下的分量，usα，usβ为定子电压在αβ轴下的分量，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数。根据本专利技术的一个实施例，所述装置还包括第二转子磁链q轴观测值模块，其用于运用以下公式计算得到转子磁链q轴观测值：其中，为转子磁链在αβ轴下的观测分量，u*sα，u*sβ为定子电压在αβ轴下的输出电压，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数，。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种异步电机驱动控制装置，所述装置包括以下步骤：电流计算模块，其用于基于转矩方程得到指令励磁电流和指令转矩电流；磁场定向同步角模块，其用于根据所述指令励磁电流、指令转矩电流、辨识后的转子时间常数以及采样得到的电机速度信号，计算得到同步频率，对所述同步频率进行积分得到磁场定向同步角；反馈电流模块，其用于实时采集电机的实际电流，并将所述实际电流和所述磁场定向同步角经过坐标变换处理后得到反馈励磁电流和反馈转矩电流分量；比例积分调节模块，其用于将所述指令励磁电流分量减去所述反馈励磁电流分量进行比例积分调节，输出得到d轴控制电压，将所述指令转矩电流分量减去所述反馈转矩电流分量进行比例积分调节后，输出得到q轴控制电压；电机控制模块，其用于将所述d轴控制电压、q轴控制电压和所述磁场定向同步角经过dq-αβ坐标变换得到两相静止αβ坐标系下的控制电压，经过空间矢量调制SVPWM输出交流电压，以实现对电机的驱动控制，其中，所述辨识后的转子时间常数通过如所述的在线校正转子的时间常数的装置获得。本专利技术采用转子磁链q轴分量作为参考模型，其参考模型输出自然为零，不使用电机参数进行计算，鲁棒性较好。并且，本专利技术舍弃了传统采用稳态转子磁链观测器，改用转子磁链动态电压模型，同时在磁链观测模型计算中，直接使用控制电压既可省去对电机定子端电压的采样部分，又保证了观测的精度和算法的实现程度。另外，本专利技术能够有效、准确地实现对异步电机转子时间常数的在线校正，提高异步电机转矩控制精度，从而改善异步电机控制系统性能。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。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术的一个实施例的在线校正转子的时间常数的方法流程图；图2显示了根据本专利技术的一个实施例的基于模型参考自适应的在线校正转子的时间常数的方法原理框图；图3a显示了根据本专利技术的一个实施例的比例调节的电压变化曲线图；图3b显示了根据本专利技术的一个实施例的积分调节的电压变化曲线图；图4显示了根据本专利技术的一个实施例的异步电机驱动控制方法流程图；以及图5显示了根据本专利技术的一个实施例的异步电机驱动控制方法框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线校正转子的时间常数的方法，其特征在于，所述方法包括：基于转子磁链的q轴分量建立参考模型和可调模型；将所述参考模型的自然输出值与所述可调模型的输出值进行差分并进行比例积分调节以得到转子时间常数的校正系数增量，进而得到转子时间常数的校正系数；通过所述校正系数来校正转子时间常数的离线测量值以得到转子时间常数的校正值。

【技术特征摘要】
1.一种在线校正转子的时间常数的方法，其特征在于，所述方法包括：基于转子磁链的q轴分量建立参考模型和可调模型；将所述参考模型的自然输出值与所述可调模型的输出值进行差分并进行比例积分调节以得到转子时间常数的校正系数增量，进而得到转子时间常数的校正系数；通过所述校正系数来校正转子时间常数的离线测量值以得到转子时间常数的校正值。2.如权利要求1所述的在线校正转子的时间常数的方法，其特征在于，所述参考模型的自然输出值为零，所述可调模型的输出值为转子磁链观测值。3.如权利要求2所述的在线校正转子的时间常数的方法，其特征在于，所述可调模型为转子磁链动态电压模型，其中，所述转子磁链q轴分量的观测值通过下式得到：其中，为转子磁链在αβ轴下的分量，usα，usβ为定子电压在αβ轴下的分量，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数。4.如权利要求3所述的在线校正转子的时间常数的方法，其特征在于，采用控制输出电压来作为所述转子磁链动态电压模型的输入，使得所述转子磁链q轴分量的观测值进一步通过下式得到：其中，为转子磁链在αβ轴下的观测分量，u*sα，u*sβ为定子电压在αβ轴下的输出电压，Rs为定子电阻，Lr为转子电感，Ls为定子电感，Lm为互感，σ为定转子漏感系数。5.一种异步电机驱动控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基于转矩方程得到指令励磁电流和指令转矩电流；根据所述指令励磁电流、指令转矩电流、辨识后的转子时间常数以及采样得到的电机速度信号，计算得到同步频率，对所述同步频率进行积分得到磁场定向同步角；实时采集电机的实际电流，并将所述实际电流和所述磁场定向同步角经过坐标变换处理后得到反馈励磁电流和反馈转矩电流分量；将所述指令励磁电流分量减去所述反馈励磁电流分量进行比例积分调节，输出得到d轴控制电压，将所述指令转矩电流分量减去所述反馈转矩电流分量进行比例积分调节后，输出得到q轴控制电压；将所述d轴控制电压、q轴控制电压和所述磁场定向同步角经过dq-αβ坐标变换得到两相静止αβ坐标系下的控制电压，经过空间矢量调制SVPWM输出交流电压，以实现对电机的驱动控制，其中，所述辨识后的转子时间常数采用如权利要求1-4中任一项所述的用于在线校正异步电机转子的时间常数的方法中的步骤得到。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅文庆，刘勇，甘韦韦，胡亮，胡仙，贾岩，吕永灿，沈召源，付翔宇，罗源，
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