CN106330036B - 电机转动惯量辨识控制方法 - Google Patents

电机转动惯量辨识控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调控制技术领域，公开了一种电机转动惯量辨识控制方法，解决变频电机转动惯量自动获取问题。本发明概括起来为：通过控制电机转速两个阶段不同的加速度和加速时间,根据电机转子负载转矩波动的周期性,采样每个阶段负载转矩和每个波动周期对应的电机d/q轴电流,并根据电机转矩与电流关系及电机动力学方程模型，获得电机转动惯量。本发明适用于确定空调的电机转动惯量。

Description

电机转动惯量辨识控制方法
技术领域
本发明涉及空调控制技术，特别涉及电机转动惯量辨识控制方法。
背景技术
传统的变频电机控制技术，需要电机厂家提供电机转动惯量等参数，这是由电机动力学方程决定的，其中J为电机转动惯量，Te为转矩，Tl为负载转矩，Bm为粘滞摩擦系数，而ω为电机机械角速度。当需要对大量的不同电机进行控制时，常常把电机参数存储在类似EEPROM中，保留控制程序不变，能够解决对不同压缩机等电机的控制，但这一方法存在如下技术问题：一是需要EEPROM，增加硬件成本，二是，当用户的变频空调出现问题，需要维修时，如果此时采用新的控制电路或者新的控制软件进行替换原来的控制板时，可能并不知道电机的具体参数，无法快速实现对电机控制电路及控制软件的替代。
申请号200910195515.0的中国专利-“交流永磁同步电机伺服系统的转动惯量辨识器”存在以下问题:
1)公式本身就是不够准确的,后续一切结论都是不够准确的，这是由于通过公式即使忽略Bmω这一项，也无法获得公式
2)公式要求“第一加速阶段和第二加速阶段的加速时间分别都是10毫秒”是居于将第一加速阶段的公式(2)与第二加速阶段的公式(3)作差求得转动惯量J，因为在实际应用中转矩的变化一般不会快于20毫秒，也就是说可以近似认为第一加速阶段的与是相等的，这一假设条件下获得的，既然有假设，就有可能出现与假设不相符的条件，因而获得的结论也不可靠。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电机转动惯量辨识控制方法，解决变频电机转动惯量自动获取问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：通过控制电机转速两个阶段不同的加速度和加速时间,根据电机转子负载转矩波动的周期性,采样每个阶段负载转矩和每个波动周期对应的电机d/q轴电流,并根据电机转矩与电流关系及电机动力学方程模型，获得电机转动惯量。
进一步的，本发明根据电机负载转矩随电机转速对应的周期时间和电机转子位置成周期性波动性质，其波动周期与电机转速周期相同，利用在电机转数变化不变的条件下，对电机负载转矩一个周期的积分值相同的特点，获得电机转动惯量。
进一步的，本发明的具体步骤包括：
a、设置电流采样频率fs，控制电机从停止状态加速到转速为f0状态，按照公式:四舍五入取整,获得计数值m,其中n为正整数；
b、按照第一加速度ρ1控制电机运行,依据采样频率fs对电机d/q轴电流进行采样,共获得m个电流Id1i、Iq1i,i＝1,2,......m,进而获得
c、按照第二加速度ρ2控制电机运行,ρ1≠ρ2,依据采样频率fs对电机d/q轴电流进行采样,共获得m个电流Id2i、Iq2i,i＝1,2,......m,进而获得
d、按照公式计算获得电机转动惯量J，其中Ld、Lq分别为电机d/q轴电感,p为电机极对数。
一般的，上述n＝1。
本发明的有益效果是：本发明可以在不知道电机转动惯量J，电机负载转矩Tl，电机运行粘滞摩擦系数Bm的条件下，获得电机转动惯量J，用于控制参数的设置和对不同压缩机的控制配置，达到正确驱动控制电机的目的。
附图说明
图1为电机加速控制示意图；
图2电机负载转矩随时间波动示意图。
具体实施方式
本发明控制电机转速由停止状态加速到指定的转速f0Hz,由ω0＝2πf0获得对应的角速度ω0，单位为rad/s即弧度/秒,如图1所示,当电机转速达到ω0后,控制电机按照指定的第一加速度ρ1加速运行,运行时间为其中n为正整数，下同。即加速运行时间为当前电机运行周期时间的整数倍，检测记录此过程中的d/q轴电流；接着继续控制电机按照指定的第二加速度ρ2加速运行,ρ1≠ρ2,加速运行时间相同检测记录此时过程中的d/q轴电流，最终通过公式计算获取电机转动惯量J。
由电机动力学方程：
其中J为电机转动惯量，Te为转矩，Tl为负载转矩，Bm为粘滞摩擦系数，而ω为电机机械角速度。设则(1)式两边同时乘以dt并对时间段ΔT积分得：
由于电机负载转矩随着电机转数及电机转子位置呈周期性变化，如图2所示，对于图2所示单转子电机负载转矩特性曲线，电机负载转矩周期性变化特别明显，其波动周期和波动幅度与电机转数和电机转子位置有关。如果(2)式中的积分时间ΔT恰好为负载转矩周期时间，则在小范围的升速过程中，当电机转速变化不大的条件下，则基本为一常数，并且积分时间的起点可以任意选择，如图2所示，令同样，由于Bm为很小的常数，在电机转数变化很小的条件下，假设电机转数为ω0，则为此，把(2)式重新写成(3)式形式：
其中Ts为采样周期对应的时间。Tei为第i次电机转矩数值。则:
对于图1所示的加速曲线，在t0～t1时间内，电机以升速速率运行，在t1～t2时间内，电机以升速速率运行,ρ1≠ρ2,根据(3)式，分别获得如下方程：
其中m1/m2为正整数。
考虑到图1所示的加速曲线中，由于加速时间T1、T2极短，电机转速ω0、ω1、ω2差别不大，并且令则得：
整理(6)式和(7)式得：
电机转矩Te由下式确定：
所以在第一加速阶段，检测电机的d/q轴电流为Id1i和Iq1i获得转矩Te1i：
在第二加速阶段，检测电机的d/q轴电流为Id2i和Iq2i获得起转矩Te2i
其中p为电机的极对数，Ld、Lq分别为电机d/q轴电感，KE为电机反电动势常数。
(11)式和(10)式代入(8)得：
如果采用Id＝0的控制方式，则进一步化简为：
由于:其中f0为电机转子机械频率,n为正整数，一般取n＝1。Ts为采样周期对应的时间，当采样周期为fs时，由于m有小数，一般对其取整运算，所以其中int()表示对括号里的数取整数运算。例如，当fs＝4000Hz，f0＝30Hz,n＝2时，
利用公式(13)或者公式(14)即可获得电机的转动惯量J。
以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.电机转动惯量辨识控制方法，其特征在于，通过控制电机转速两个阶段不同的加速度和加速时间,根据电机转子负载转矩波动的周期性,采样每个阶段负载转矩和每个波动周期对应的电机d/q轴电流,并根据电机转矩与电流关系及电机动力学方程模型，获得电机转动惯量，具体步骤包括：
a、设置电流采样频率fs，控制电机从停止状态加速到指定频率f0下的转速状态，按照公式:四舍五入取整,获得计数值m,其中n为正整数；
b、按照第一加速度ρ1控制电机运行,依据采样频率fs对电机d/q轴电流进行采样,共获得m个电流Id1i、Iq1i,i＝1,2,......m,进而获得
c、按照第二加速度ρ2控制电机运行,ρ1≠ρ2,依据采样频率fs对电机d/q轴电流进行采样,共获得m个电流Id2i、Iq2i,i＝1,2,......m,进而获得
d、按照公式计算获得电机转动惯量J，其中Ld、Lq分别为电机d/q轴电感,p为电机极对数，Ts为采样周期对应的时间，T为电机分别在第一加速度ρ1和第二加速度ρ2下的加速时间，
2.根据权利要求1所述的电机转动惯量辨识控制方法，其特征在于，n＝1。
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