專利名稱：三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相異步電機(jī)，特別涉及一種三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，感應(yīng)電機(jī)的無速度傳感器矢量控制技術(shù)快速發(fā)展。矢量控制為了進(jìn)行坐標(biāo)變換，必須要知道轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，即磁鏈角。磁鏈閉環(huán)控制時(shí)，為了維持轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，必須要得到磁鏈的具體數(shù)值。因此，磁場定向和磁鏈的幅值在矢量控制中至關(guān)重要。 磁鏈的相位角和幅值一般通過磁鏈觀測模型得到，而觀測模型都是依據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立的，觀測模型中的大部分觀測量表達(dá)式都與電機(jī)參數(shù)密切相關(guān)。電機(jī)經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行后，由于老化及電機(jī)運(yùn)行過程中的發(fā)熱等原因，電機(jī)參數(shù)也會發(fā)生變化。其次，變頻調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)往往來自不同廠家，即使同一廠家生產(chǎn)的相同型號電機(jī)，參數(shù)也不完全一樣。電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確會導(dǎo)致磁鏈觀測產(chǎn)生誤差，直接影響到磁場定向， 從而影響矢量控制的性能。因此，無速度傳感器矢量控制離不開準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)。準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)初值可以使控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中獲得優(yōu)良的控制性能，并為系統(tǒng)運(yùn)行過程中參數(shù)的在線辨識奠定好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的電機(jī)參數(shù)離線辨識方法主要通過直流實(shí)驗(yàn)獲得電機(jī)的定子電阻值，通過堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)獲得電機(jī)定轉(zhuǎn)子的漏感和轉(zhuǎn)子電阻值，通過空載實(shí)驗(yàn)獲得電機(jī)互感值。實(shí)際變頻調(diào)速系統(tǒng)中往往難以直接應(yīng)用。首先，在調(diào)速系統(tǒng)中，很難實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)；其次，工業(yè)現(xiàn)場電機(jī)所帶負(fù)載常常是不可卸的，無法滿足空載實(shí)驗(yàn)條件。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行參數(shù)識別的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法及裝置，本發(fā)明的方法無需電機(jī)轉(zhuǎn)動就能實(shí)驗(yàn)電機(jī)參數(shù)的辨識，省去了傳統(tǒng)參數(shù)辨識過程中所需的空載實(shí)驗(yàn)，特別是在電機(jī)帶載的條件下也能實(shí)驗(yàn)電機(jī)參數(shù)辨識，擴(kuò)大了電機(jī)參數(shù)辨識的應(yīng)用范圍，辨識出的電機(jī)參數(shù)準(zhǔn)確性獲得提聞。三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，包括步驟一，通過以下步驟辨識定子電阻S10，對控制器設(shè)置第一直流的參考電流；Sll，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機(jī)的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進(jìn)行，每一次進(jìn)行時(shí)通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進(jìn)行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進(jìn)行，從而得到電機(jī)繞組的直流電壓和直流電流；S12，對控制器設(shè)置第二直流的參考電流；
313，重復(fù)步驟511;S14，控制器根據(jù)兩次檢測得到的直流電壓和直流電流計(jì)算電機(jī)的定子電阻；直流實(shí)驗(yàn)時(shí)，加在電機(jī)兩端的電SUa與電流Ia存在如下關(guān)系Ua = UjU+Wa式中U1 (Ia)為由開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)死區(qū)時(shí)間引起的非線性電壓誤差，U2為逆變器開關(guān)管管壓降，Rs為定子電阻。其中非線性電壓誤差U1 (Ia)，可以通過選擇給定電流參考， 使逆變器盡量工作在線性區(qū)來避免；可以看出采用直流增量法選擇兩個(gè)不同的直流參考電流用兩次直流實(shí)驗(yàn)的電壓差、電流差辨識定子電阻可以有效避免管壓降U2的影響。步驟二，通過以下步驟對電機(jī)定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、轉(zhuǎn)子電阻以及電機(jī)互感進(jìn)行辨S20，對控制器設(shè)置直流量加交流分量的第三參考電流，該第三參考電流的頻率為
wI ；S21，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機(jī)的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進(jìn)行，每一次進(jìn)行時(shí)通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進(jìn)行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進(jìn)行，從而得到電機(jī)繞組的交流電壓和交流電流；S22，改變第三參考電流給定中的交流分量頻率為GJ2;S23，重復(fù)步驟 21;S24，根據(jù)步驟S21和步驟S23分別得到的交流電壓和交流電流，控制器計(jì)算電機(jī)逆8&_8等效電路的阻抗，再由兩個(gè)不同頻率件下的阻抗計(jì)算電機(jī)的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識裝置，包括傳感器，用于檢測輸出到電機(jī)的端電流； 以及控制器，根據(jù)傳感器提供的反饋電流以及給定的參考電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)預(yù)置的數(shù)學(xué)模型對電流電壓進(jìn)行傅里葉分析，從而在得到電機(jī)繞組的直流電流和直流電壓， 以及得到交流電壓和交流電流后，控制器計(jì)算電機(jī)逆8&_&等效電路的阻抗，再由兩個(gè)不同頻率條件下的阻抗計(jì)算電機(jī)的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)；控制器還根據(jù)PI 調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓輸出PWM調(diào)制信號；以及逆變器，根據(jù)控制器提供的PWM信號進(jìn)行工作而輸出電流至電機(jī)，使電機(jī)三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，從而使電機(jī)在靜態(tài)情況下進(jìn)行參數(shù)識別。采用了上述方案，傳統(tǒng)的依據(jù)感應(yīng)電機(jī)T型等效電路采用單相實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)辨識電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻艮、定轉(zhuǎn)子漏感Lls和Ly互感Lm參數(shù)的方法，需要單相實(shí)驗(yàn)時(shí)給定的頻率足夠大并假設(shè)互感支路的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子側(cè)阻抗使互感支路等效為開路。感應(yīng)電機(jī)的T型等效電路的等效阻抗
權(quán)利要求
1.三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于步驟一，通過以下步驟辨識定子電阻S10，對控制器設(shè)置第一直流的參考電流；SI I，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機(jī)的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進(jìn)行，每一次進(jìn)行時(shí)通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為 PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進(jìn)行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進(jìn)行，從而得到電機(jī)繞組的直流電壓和直流電流；S12，對控制器設(shè)置第二直流的參考電流；S13，重復(fù)步驟Sll ；S14，控制器根據(jù)兩次檢測得到的直流電壓和直流電流計(jì)算電機(jī)的定子電阻；步驟二，通過以下步驟對電機(jī)定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、轉(zhuǎn)子電阻以及電機(jī)互感進(jìn)行辨識 S20，對控制器設(shè)置直流量加交流分量的第三參考電流，該第三參考電流的頻率為GJ1 ； S21，通過控制器控制逆變器，逆變器輸出的電流使電機(jī)的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，這種方式分三次進(jìn)行，每一次進(jìn)行時(shí)通過傳感器檢測一相繞組的端電流，將檢測的電流反饋到控制器，參考電流與反饋電流的差值作為 PI調(diào)節(jié)輸入，并依據(jù)PI調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行PWM調(diào)制，控制器對一相繞組的電流和電壓進(jìn)行分析，該分析根據(jù)上述等效方式進(jìn)行，從而得到電機(jī)繞組的交流電壓和交流電流；S22，改變第三參考電流給定中的交流分量頻率為ω2 ；S23，重復(fù)步驟21 ；S24，根據(jù)步驟S21和步驟S23分別得到的交流電壓和交流電流，控制器計(jì)算電機(jī)逆 8&_8等效電路的阻抗，再由兩個(gè)不同頻率ωι、《2條件下的阻抗計(jì)算電機(jī)的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于所述步驟一中，執(zhí)行步驟Sll的具體過程如下檢測A相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從A相繞組流入，從B相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到直流電壓Ula 和直流電流Ila ;檢測B相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從B相繞組流入，從A相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到直流電壓Ulb 和直流電流Ilb ;檢測C相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從C相繞組流入，從A相繞組、B相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流和PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到直流電壓Ulc 和直流電流Ilc;;當(dāng)步驟Sll執(zhí)行完畢，控制器在獲取第二直流的參考電流I2后重復(fù)步驟S11，再次得到的直流電壓，直流電流依次為U2a、U2b、U2。、I2a、I2b、I2c ;計(jì)算感應(yīng)電機(jī)的定子電阻的計(jì)算公式為R ula+ulb+ulc_u2a_u2b_u2cS ^ha +I\b +I\c ~ha ~hb ~hc(l)o
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于執(zhí)行步驟 S21的具體過程如下檢測A相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從A相繞組流入，從B相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到頻率為Q1時(shí)交流電壓、交流電流的幅值Ua(Co1)、Ia(Wl)及兩者的相位差Qa(Co1)；檢測B相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從B相繞組流入，從A相繞組、C相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到頻率為Q1時(shí)交流電壓、交流電流的幅值Ub(Co1) Ub(Co1)及兩者的相位差Qb(Co1)；檢測C相繞組的電流，控制器控制逆變器使電流從C相繞組流入，從A相繞組、B相繞組流出，控制器對傳感器獲取的電流，PI調(diào)節(jié)輸出電壓進(jìn)行傅里葉分析，得到頻率為Q1時(shí)交流電壓、交流電流的幅值Ue(O1)Ue(CO1)及兩者的相位差θε(ωι)；當(dāng)步驟S21執(zhí)行完畢，控制器在獲取頻率為ω2的交流分量的第三參考電流，重復(fù)步驟S21，得到的頻率為ω2時(shí)的交流電壓、交流電流幅值及兩者的相位差分別為Ua( 2)、 Ub (ω 2) ■> Uc (ω 2) ^ Ia (ω 2) > Ib ω 2) ■> Ic ω 2) ■> 9a(<^2)、9b(<^2)、 c ω 2);計(jì)算感應(yīng)電機(jī)的逆ga_a等效電路參數(shù)等效轉(zhuǎn)子電阻R' r、總漏感σ Ls及等效互感 L' m;計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于步驟 S24中，在計(jì)算電機(jī)逆gamma等效電路的阻抗后，還對等效互感進(jìn)行迭代修正，從而得到修正后的L' m，迭代修正的計(jì)算式如下
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，其特征在于采用迭代法時(shí)，執(zhí)行下面的迭代步驟51、設(shè)定迭代步長AL'm、最小誤差errmin，L' m的初值L' m(0)為之前以辨識出的結(jié)果；52、輸入電抗值Χ(ω2)；Z R253、根據(jù)已知互感和公式
6.一種三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于包括傳感器，用于檢測輸出到電機(jī)的相電流；以及控制器，根據(jù)傳感器提供的反饋電流以及給定的參考電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)預(yù)置的數(shù)學(xué)模型對電流電壓進(jìn)行傅里葉分析，從而在得到電機(jī)繞組的直流電流和直流電壓，以及得到交流電壓和交流電流后，控制器計(jì)算電機(jī)逆gamma等效電路的阻抗，再由兩個(gè)不同頻率條件下的阻抗計(jì)算電機(jī)的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)；控制器還根據(jù)PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓輸出PWM調(diào)制信號；以及逆變器，根據(jù)控制器提供的PWM信號進(jìn)行工作而輸出電流至電機(jī)，使電機(jī)三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，從而使電機(jī)在靜態(tài)情況下進(jìn)行參數(shù)識別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于所述控制器為DSP。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識裝置，其特征在于所述傳感器為霍爾傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相異步電機(jī)的參數(shù)離線辨識方法，逆變器輸出的電流使電機(jī)的三相繞組的連接方式等效為任意兩相繞組并聯(lián)后再與另一相繞組串聯(lián)，每一次進(jìn)行時(shí)通過傳感器檢測一相繞組的端電流，從而得到電機(jī)繞組的直流電壓和直流電流或者交流電壓和交流電流；由交流電壓、交流電流計(jì)算電機(jī)逆gamma等效電路的阻抗，再由兩個(gè)不同頻率ω1、ω2條件下的阻抗計(jì)算電機(jī)的等效轉(zhuǎn)子電阻、總漏感和等效互感參數(shù)。本發(fā)明的方法無需電機(jī)轉(zhuǎn)動就能實(shí)驗(yàn)電機(jī)參數(shù)的辨識，省去了傳統(tǒng)參數(shù)辨識過程中所需的空載實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大了電機(jī)參數(shù)辨識的應(yīng)用范圍，辨識出的電機(jī)參數(shù)準(zhǔn)確性獲得提高。本發(fā)明適用于逆變器控制的三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)參數(shù)離線辨識。
文檔編號H02P21/14GK102594253SQ20121004054
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者何禮高, 徐兵兵, 徐華, 李旭, 杜恩利, 胡磊, 蔡準(zhǔn), 高菊玲 申請人:南京航空航天大學(xué), 常州聯(lián)力自動化科技有限公司