一种感应电机转子磁链的观测方法技术

一种感应电机转子磁链的观测方法，涉及电机控制技术领域。本发明专利技术是为了解决现有对磁链观测器进行离散化时，离散化误差大，导致磁链观测精度低的问题。本发明专利技术所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，采集感应电机定子电流，建立转子磁链观测器，利用改进欧拉法对转子磁链观测器进行离散化并获得观测值，所述观测值用于对感应电机进行控制，所述改进欧拉法为前向欧拉法与梯形离散法的结合离散化方法。本发明专利技术适用于感应电机控制中的转子磁链观测部分，以提高磁链观测精度。以提高磁链观测精度。以提高磁链观测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种感应电机转子磁链的观测方法


[0001]本专利技术属于电机控制


技术介绍

[0002]感应电机因其结构简单，强耐用性，高可靠性及低成本等优点被广泛应用于变频调速系统。磁链是导电线圈或电流回路所链环的磁通量。由于感应电机高精度的控制过程离不开对磁链的控制，所以获取高精确度的磁链信息在感应电机控制中是至关重要的一环。
[0003]在实际的感应电机数字化驱动系统中，感应电机αβ坐标系下转子磁链观测电流模型(连续域)如下：
[0004][0005]式中，和分别表示转子α轴和β轴磁链的观测值，ω
r
表示电机转速，i
sα
和i
sβ
分别表示定子α轴和β轴电流，λ和L
m
分别为电机参数。
[0006]由于感应电机控制信号是离散的，因而要对磁链观测器进行离散化来近似拟合其连续域的观测电流模型。
[0007]具体的：将式(1)所示的转子磁链观测电流模型写成如下形式：
[0008][0009]其中，B＝λL
m
，ω
r
为转子角速度，L
m
为互感，R
r
为转子电阻，L
r
为转子电感。
[0010]定义T
s
为离散步长，并令t＝(k+1)T
s
，根据非齐次矩阵方程定理可将式(2)离散化为：
[0011][0012]式中，与分别为方程的状态转移矩阵和输入矩阵。
[0013]对式(3)进行求解可得：
[0014][0015]同样可以得到：
[0016][0017]将式(5)两边同乘再将其与式(4)做差可以得到：
[0018][0019]若假设输入信号在迭代周期内不变，可将式(6)等效为：
[0020][0021]转子磁链电流模型的精确离散模型在整个转速范围内是稳定的，但是根据式(7)可知，离散时需要对矩阵指数函数实时运算，计算量巨大，无法应用在实际的数字控制系统中。
[0022]为了在实际的数字控制系统中对磁链观测器进行离散化，现有技术中常采用基于前向欧拉法的离散转子磁链电流模型、基于后向欧拉法的离散转子磁链电流模型和基于双线性法的离散转子磁链电流模型。
[0023]1、基于前向欧拉法的离散转子磁链电流模型(最常采用)。
[0024]前向欧拉法结构简单，易于编程实现，是应用最为广泛的离散化方法。首先，假设有一阶常微分方程为：
[0025]dx/dt＝f(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0026]式中，f(x,y)是关于x和y的函数，a和b是实数且a≤x≤b。根据前向欧拉法，可以将式(1
‑
1)离散化为：
[0027]x(k+1)≈x(k)+T
s
f[x(k),y(k)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
2)
[0028]其中，k＝0,1,2...。
[0029]根据式(3)与式(1
‑
2)，可以得到基于前向欧拉法离散化的磁链电流模型观测器为：
[0030][0031]从式(1
‑
3)可以看出，前向欧拉法计算量小易于数字实现，但它存在离散误差随转速升高而增大的问题。
[0032]2、基于后向欧拉法的离散转子磁链电流模型。
[0033]根据后向欧拉法，可以将式(1
‑
1)离散化为：
[0034]x(k+1)≈x(k)+T
s
f[x(k+1),y(k+1)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2
‑
1)
[0035]根据式(2)与式(2
‑
1)，可以得到基于后向欧拉法离散化的磁链电流模型观测器为：
[0036][0037]式(2
‑
2)的完整形式可以表示为：
[0038][0039]式中a＝1+λT
s
，b＝ω
r
(k)T
s
，C＝λL
m
T
s
。
[0040]可以看出，基于后向欧拉法的离散过程中存在矩阵的求逆运算，所以该离散方法在每个迭代周期内都伴随着大量的乘除法运算，这显然加重了处理器的负担，各项系数的
物理意义并不明确，实际调试困难，不利于实际应用。
[0041]3、基于双线性法的离散转子磁链电流模型。
[0042]根据双线性法，可以将式(1
‑
1)离散化为：
[0043][0044]根据式(1)与式(3
‑
1)，可以得到基于双线性法离散化的磁链电流模型观测器为：
[0045][0046]式(3
‑
2)的完整形式可以表示为：
[0047][0048]式中式中
[0049]由上式可见，基于双线性法的离散过程也存在矩阵的求逆运算，而且比后向欧拉法更加复杂，计算量更大，因此也更加不实用。
[0050]综上所述，现有对磁链观测器进行离散化时，后向欧拉法和双线性法计算量巨大，不利于实际应用。而前向欧拉法虽然计算量小、易于数字实现，但其离散化误差大，导致磁链观测精度低。

技术实现思路

[0051]本专利技术是为了解决现有对磁链观测器进行离散化时，离散化误差大，导致磁链观测精度低的问题，现提供一种感应电机转子磁链的观测方法。
[0052]一种感应电机转子磁链的观测方法，采集感应电机定子电流，建立转子磁链观测器，利用改进欧拉法对转子磁链观测器进行离散化，并获得离散化后的转子磁链观测器的观测值，上述观测值用于对感应电机进行控制，上述改进欧拉法为前向欧拉法与梯形离散法的结合离散化方法。
[0053]进一步的，上述转子磁链观测器为αβ坐标系下感应电机的转子磁链电流模型。
[0054]进一步的，上述转子磁链观测器的微分表达式如下：
[0055][0056]其中，B＝λL
m
，ω
r
为转子角速度，L
m
为互感，R
r
为转子电阻，L
r
为转子电感，x为磁链，为磁链的观测值，i
s
为定子电流，t为时间。
[0057]进一步的，上述转子磁链观测器在αβ坐标系下的表达式为：
[0058][0059]其中，和分别为转子磁链观测值的α轴分量和β轴分量，i
sα
和i
sβ
分别为定子电流α轴分量和β轴分量。
[0060]进一步的，上述利用改进欧拉法对转子磁链观测器进行离散化包括：
[0061]利用前向欧拉法对转子磁链观测器进行离散化，获得一次离散结果：
[0062][0063]其中，T
s
为离散步长，k＝0,1,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，采集感应电机定子电流，建立转子磁链观测器，利用改进欧拉法对转子磁链观测器进行离散化，并获得离散化后的转子磁链观测器的观测值，所述观测值用于对感应电机进行控制，所述改进欧拉法为前向欧拉法与梯形离散法的结合离散化方法。2.根据权利要求1所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，所述转子磁链观测器为αβ坐标系下感应电机的转子磁链电流模型。3.根据权利要求1所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，所述转子磁链观测器的微分表达式如下：其中，B＝λL
m
，ω
r
为转子角速度，L
m
为互感，R
r
为转子电阻，L
r
为转子电感，x为磁链，为磁链的观测值，i
s
为定子电流，t为时间。4.根据权利要求3所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，转子磁链观测器连续域在αβ坐标系下的表达式为：其中，和分别为转子磁链观测值的α轴分量和β轴分量，i
sα
和i
sβ
分别为定子电流α轴分量和β轴分量。5.根据权利要求3所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，所述利用改进欧拉法对转子磁链观测器进行离散化包括：利用前向欧拉法对转子磁链观测器进行离散化，获得一次离散结果：其中，T
s
为离散步长，k＝0,1,2...，K(k)为kT
s
时刻磁链观测值的微分，k＝0时，K(0)＝0；以及，基于一次离散结果，获得离散后的感应电机转子磁链观测器。6.根据权利要求5所述的一种感应电机转子磁链的观测方法，其特征在于，所述基于一次离散结果，获得离散后的感应电机转子磁链观测器包括：利用梯形离散法对一次离散结果再次进行离散化，获得离散后的感应电机转子磁链观测器：其中，K(k+1)为(k+1)T
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董蕊，
申请(专利权)人：哈尔滨市科佳通用机电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：