CN102208894B - 用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法；该方法基于感应电机两相同步旋转坐标系状态方程，提出了带定子电阻辨识的转速估算方法，在分别利用励磁电流微分方程和转矩电流微分方程推算转速的基础上，利用二者的等量关系实现了定子电阻在线辨识，通过实时更新定子电阻值，以完善所提转速估算方案，本发明同步转速估算无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻，低速区定子电阻的影响也得到有效改善。该方法理论推导步骤清晰，模型简单，转速跟踪精度高，对电机参数变化鲁棒性强，适合高精度控制，具有较大的理论创新和应用价值。

Description

用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法
技术领域
本发明涉及无速度传感器感应电机矢量控制技术领域，尤其涉及一种用于感应电机高精度、强鲁棒性矢量控制的转子速度估算方法。
背景技术
无速度传感器矢量控制(SVC)由于省去速度传感器，取消了相关的编码盘连线，减小了系统的维护成本，提高了系统可靠性，为电机的一体化设计奠定了基础，故该技术近年来得到广泛关注，而如何快速准确地估算电机转速信号成为国内外学者研究的焦点。目前已有的无速度传感器感应电机矢量控制速度辨识方法大体可分为以下几种：基于电机数学模型计算法、模型参考自适应（MRAS）法、自适应转速观测器方法、PI 自适应调节器法，基于神经网络的速度估计器以及转子齿谐波法和高频注入法。上述方法各有优点，然而也有其弊端。其中，MRAS法速度观测精度受参考模型本身参数准确程度制约；PI自适应调节器法其动态转速依赖于实际调试，存在一定的低速估计误差；至于神经网络等智能控制方法现阶段还没有相应的具有甚高速处理能力的硬件支持。目前应用较多的方法也普遍存在低速或接近于零速时性能较差，低频范围运行不稳定，负载及电机参数扰动时动态性能不理想等缺点，因此，对高精度速度估计器及相应的参数辨识器的研究就成为了热点。
现有的速度估计器中，基于电机数学模型计算转速或转差角速度的方法得到较深入的研究，主要分为以下两种：（1）利用转子电动势计算同步角速度后求得转速，（2）利用转矩计算转差角速度后求得转速。由于原理简单、易于实现，二者在实际中得到广泛应用。然而二者也都存在不足之处，第一种方法由于低速时电动势值很小，计算误差大，系统的低速性能不好；第二种方法要借助转子磁链或定子磁链，而且公式中含有转子电阻因子，控制精度受转子电阻变化的影响，高速区尤为明显。针对以上不足，本发明提出一种高精度、强鲁棒性的转速估算方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）利用励磁电流微分方程推导出转子同步角速度：在转子磁场定向（yr=yrd）条件下，结合d-q坐标系上的转子磁链方程，对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由下式（3）得出初步的转子同步转速计算模型：
Figure 2011100623352100002DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）稳态条件下，得出无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻的同步转速估算模型：在转子磁链定向的矢量控制系统中（yr=yrd），要获得理想的调速性能，应尽量保持转子磁链恒定（yr=yr *），结合笼型感应电机转子短路的特点，即由式下式（4）消去同步转速估算模型中转子电阻的影响：
Figure 2011100623352100002DEST_PATH_IMAGE004
；
（3）相同条件下，利用转矩电流微分方程推导出转子同步转速：对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由下式（5）：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
得出含转子磁链的转子同步转速计算模型（式6）：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
 ；在稳态条件下，将yrd =Lmisd代入上式（6），消去yrd ，化简得同步转速估算模型（式7）： 
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
（4）据两种方法所得的同步转速相等，可得定子电阻辨识模型，以完善所提转速估算模型。相同条件下，利用不同方程所求得的同一变量w1 *理论上应相等。联立式（2）和式(7)可得定子电阻估算模型（式8）： 
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；上述模型与同步转速估算模型所用变量基本相同；仅需实测的电机终端定子电压电流信号，便可实现和同步转速同步独立计算，实时更新转速估算方程中的定子电阻值，达到完善所提转速估算方案的目的。
（5）所得同步转速减去转差角速度后得到电机转速，见式（9）。
Figure DEST_PATH_IMAGE014
 ；式中  
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为转子速度估算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为转差角速度，Tr为转子时间常数。
本发明的有益效果是：
1．利用励磁电流微分方程推导的转子同步转速计算模型无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻，避免了高速区转子电阻变化对转速辨识精度的影响。
2．在分别利用励磁电流微分方程和转矩电流微分方程推算同步转速的基础上，利用二者的等量关系实现了定子电阻在线辨识，通过实时更新定子电阻值，完善了所提转速估算方案，提高了低速区转速辨识精度。
3．模型简洁，转速估算精度高，对电机参数变化鲁棒性强。为无速度传感器感应电机矢量控制找到了一种新的转速估算方法。
附图说明
图1是转速估算结构图；
图2是无速度传感器矢量控制系统。
具体实施方式
下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
本发明的核心是：基于感应电机两相同步旋转d-q坐标系上的状态方程，在转子磁场定向（yr=yrd）条件下，结合d-q坐标系上的转子磁链方程，利用励磁电流微分方程推导出转子同步角速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
                           （1）
式中  w1为电机转子同步转速，Lm、Lr、Ls、Rs、Rr分别为电机互感、转子电感、定子电感、定子电阻和转子电阻，usd、isd、isq分别为定子电压和电流的d轴和q轴分量，s为电机漏磁系数。
由于感应电机本身的耦合特性，不可能构造出无差收敛的组合转速观测器和转子电阻辨识器。为了消去转子电阻的影响，稳态条件下，结合笼型感应电动机转子短路的特点，得到无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻的同步转速估算模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
                               （2）
同步转速估算结构框图如图1所示。
为了消除低速区定子电阻的影响，结合相同条件下基于转矩电流微分方程推导的同步转速估算模型(式（7）)，实现了定子电阻同步在线辨识，完善了所提转速估算模型。
本发明用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法包括以下步骤：
1、利用励磁电流微分方程推导出转子同步角速度。
在转子磁场定向（yr=yrd）条件下，结合d-q坐标系上的转子磁链方程，对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由式（3）得出初步的转子同步转速计算模型，参见式（1）。
Figure 656628DEST_PATH_IMAGE002
              （3）
2、稳态条件下，得出无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻的同步转速估算模型，见式（2）。
在转子磁链定向的矢量控制系统中（yr=yrd），要获得理想的调速性能，应尽量保持转子磁链恒定（yr=yr *），结合笼型感应电机转子短路的特点，即由式（4）消去同步转速估算模型中转子电阻的影响。
Figure 947670DEST_PATH_IMAGE004
                     （4）
3、相同条件下，利用转矩电流微分方程推导出转子同步转速。
    同前两步条件，对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由式（5）得出含转子磁链的转子同步转速计算模型，见式（6）。
           （5）
Figure 448849DEST_PATH_IMAGE008
                     （6）
在稳态条件下，将yrd =Lmisd代入式(6)，消去yrd ，化简得同步转速估算模型：
Figure 138587DEST_PATH_IMAGE010
                    （7）
4、据两种方法所得的同步转速相等，可得定子电阻辨识模型，以完善所提转速估算模型。
相同条件下，利用不同方程所求得的同一变量w1 *理论上应相等。联立式（2）和式(7)可得定子电阻估算模型： 
Figure 334951DEST_PATH_IMAGE012
           （8）
上述模型与同步转速估算模型所用变量基本相同。仅需实测的电机终端定子电压电流信号，便可实现和同步转速同步独立计算，实时更新转速估算方程中的定子电阻值，达到完善所提转速估算方案的目的。
5、所得同步转速减去转差角速度后得到电机转速，见式（9）。
                                      （9）
式中  
Figure 613934DEST_PATH_IMAGE016
为转子速度估算值，
Figure 659644DEST_PATH_IMAGE018
为转差角速度，Tr为转子时间常数。
如图2所示，通过实测电机终端三相电流及静止坐标系上的定子电压分量，经转速估算模块中clark变换和park变换后，便可实现定子电阻在线辨识和转速的精确估算，并将此估算转速作为转速闭环的反馈信号，与给定转速比较后经PI调节，构成带电流闭环的无速度传感器矢量控制系统。

Claims (1)

1.一种用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）利用励磁电流微分方程推导出转子同步角速度：在转子磁链定向条件下，所述转子磁链定向为                                                
Figure 962534DEST_PATH_IMAGE001
，结合d-q坐标系上的转子磁链方程，对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由下式（3）得出初步的转子同步转速计算模型：
Figure 392378DEST_PATH_IMAGE002
；
式中，
Figure 820954DEST_PATH_IMAGE003
为电机转子同步转速，Lm、Lr、Ls、Rs、Rr分别为电机互感、转子电感、定子电感、定子电阻和转子电阻，usd为定子电压，isd、isq分别为定子电流的d轴和q轴分量，
Figure 96078DEST_PATH_IMAGE004
为电机漏磁系数，Tr为转子时间常数；
（2）稳态条件下，得出无须借助转子或定子磁链，不含转子电阻的同步转速估算模型：在转子磁链定向的矢量控制系统中，所述转子磁链定向为，要获得理想的调速性能，应尽量保持转子磁链恒定，即
Figure 12398DEST_PATH_IMAGE005
，结合笼型感应电机转子短路的特点，即由下式（4）消去同步转速估算模型中转子电阻的影响：
Figure 741320DEST_PATH_IMAGE006
；
（3）相同条件下，利用转矩电流微分方程推导出转子同步转速：对感应电机两相同步旋转坐标系上的励磁电流微分方程重组化简，即由下式（5）：
Figure 505620DEST_PATH_IMAGE007
得出含转子磁链的转子同步转速计算模型，见下式（6）：
Figure 3598DEST_PATH_IMAGE008
 ；在稳态条件下，将
Figure 712928DEST_PATH_IMAGE009
 =Lmisd代入上式（6），消去
Figure 663566DEST_PATH_IMAGE009
，化简得同步转速估算模型，见下式（7）： ；
（4）据两种方法所得的同步转速相等，可得定子电阻辨识模型，以完善所提转速估算模型；相同条件下，利用不同方程所求得的同一变量
Figure 85506DEST_PATH_IMAGE011
理论上应相等；联立式（2）和式（7）可得定子电阻估算模型，见下式（8）： 
；其中，式（2）为不含转子电阻的同步转速估算模型：
Figure 403672DEST_PATH_IMAGE013
，上述定子电阻估算模型与同步转速估算模型所用变量基本相同；仅需实测的电机终端定子电压电流信号，便可实现和同步转速同步独立计算，实时更新转速估算方程中的定子电阻值，达到完善所提转速估算方案的目的；
（5）所得同步转速估算值减去转差角速度后得到转子速度估算值，见式（9）：
 ；式中，
Figure 985274DEST_PATH_IMAGE015
为转子速度估算值，
Figure 98724DEST_PATH_IMAGE016
为转差角速度，Tr为转子时间常数。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11848630B2 (en) 2021-05-19 2023-12-19 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Low-speed winding resistance estimation of variable speed motor systems

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102611383B (zh) * 2012-03-16 2015-09-16 阳光电源股份有限公司 定子电阻在线辨识方法及装置
CN103516282B (zh) * 2012-06-20 2015-12-09 北京凯隆分析仪器有限公司 异步电机开环矢量控制方法和装置
CN102914741B (zh) * 2012-10-17 2015-02-18 深圳市航盛电子股份有限公司 一种异步电机参数的测量方法及装置
KR101619567B1 (ko) * 2012-11-09 2016-05-18 엘에스산전 주식회사 유도전동기의 파라미터 추정장치
CN103872961B (zh) * 2012-12-17 2016-08-31 中国北车股份有限公司 感应电机转子磁链控制方法及控制电路和感应电机
CN103353764B (zh) * 2013-06-08 2016-01-20 浙江理工大学 位置闭环运动控制系统中机电模型辨识方法
CN103684182B (zh) * 2013-11-14 2016-10-05 西安理工大学 一种永磁同步电机参数辨识方法
CN103684179B (zh) * 2013-12-17 2017-01-18 清华大学 一种永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法
CN108092588A (zh) * 2016-11-23 2018-05-29 中国科学院沈阳自动化研究所 基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法
CN107979315A (zh) * 2016-12-30 2018-05-01 徐州中矿大传动与自动化有限公司 基于NNs-MRAS无速度传感器双馈电机LQR控制方法
CN111200383B (zh) * 2020-01-14 2023-03-14 无锡市同威科技有限公司 一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法
CN113595463B (zh) * 2021-05-19 2023-06-23 中国人民解放军海军工程大学 交流电机电流动态控制性能通用化评价标准与评估方法
CN113364063B (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 湖北东湖实验室 纯电池动力船舶综合电力系统辐射状电网结构及控制方法
CN115001342B (zh) * 2022-07-08 2023-07-21 中国长江三峡集团有限公司 感应电机的转速估算方法、装置及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1482732A (zh) * 2002-09-09 2004-03-17 骥 卢 无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法
CN101383585A (zh) * 2008-10-17 2009-03-11 清华大学 一种用于交流异步电机的无速度传感器的矢量控制方法
CN101931361A (zh) * 2010-02-25 2010-12-29 哈尔滨工业大学 一种感应电动机的矢量控制装置
CN101938246A (zh) * 2010-09-29 2011-01-05 重庆交通大学 无速度传感器电机转速的模糊融合辨识方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1482732A (zh) * 2002-09-09 2004-03-17 骥 卢 无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速方法
CN101383585A (zh) * 2008-10-17 2009-03-11 清华大学 一种用于交流异步电机的无速度传感器的矢量控制方法
CN101931361A (zh) * 2010-02-25 2010-12-29 哈尔滨工业大学 一种感应电动机的矢量控制装置
CN101938246A (zh) * 2010-09-29 2011-01-05 重庆交通大学 无速度传感器电机转速的模糊融合辨识方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘维霞等.基于定子电流小波变换的感应电机速度估计算法的研究.《工业控制计算机》.2010,第23卷(第12期),62-63，65. *
张寅孩.《无速度传感器异步电机变频调速与位置伺服控制技术研究》.《 中国博士学位论文全文数据库》.2004,全文. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11848630B2 (en) 2021-05-19 2023-12-19 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Low-speed winding resistance estimation of variable speed motor systems

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