CN106877767A - 在线测量异步电机转子时间常数的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及异步电机控制技术领域，公开了一种在线测量异步电机转子时间常数的方法及装置。本发明中，控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；对异步电机的输出转矩进行采样；根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，有效避免了测量转子时间常数存在的偏差，提高了转子时间常数的测量精度，提升了异步电机的控制效果。

Description

在线测量异步电机转子时间常数的方法及装置
技术领域
本发明涉及异步电机控制技术领域，特别涉及一种在线测量异步电机转子时间常数的方法及装置。
背景技术
当前，异步电机的矢量控制方法可以分为直接矢量控制法和间接矢量控制法。概括来说，间接矢量控制法和直接矢量控制法在异步电机控制领域的应用都比较广泛，各有优缺点。间接矢量控制法的特点是，变频器控制异步电机的转差角频率，同时通过转差角频率来间接调整励磁分量电流和转矩分量电流。间接矢量控制法的控制效果依赖于电机参数，尤其是转子时间常数。直接矢量控制法，不依赖于转子时间常数，但是较难准确辨识磁链矢量，特别是在电机低速运行的情况下，辨识出的磁链矢量很有可能在幅值和位置上有较大的误差，导致转矩控制性能不理想。
现有技术中，可以获取异步电机转子时间常数的方法有两大类，第一类是在工程实验室由专业人员使用复杂和昂贵的仪器来分析和测试电机，由于这种方法运输麻烦，耗时多，成本高，所以应用受到比较大的限制。第二类是变频器对电机参数进行自学习，参数自学习的过程中变频器将高频谐波注入到待测异步电机中，注入的谐波包括高频的正弦波或者方波转矩电流参考信号，再测量反馈电流和反馈电压等信号，然后通过公式计算出转子时间常数。第二种方法是目前应用比较广泛的一种方法。
但在实现本发明的过程中，发明人发现：第二种方法中，算法所采用的电机数学模型都是理想化的数学模型，电机模型为了运算简便忽略了很多非线性因素，导致模型与电机实际情况有一定的差距，并且电流、电压测量存在误差，由此计算出的转子时间常数与实际值之间常常存在较大偏差，进而影响电机的控制效果；另外，变频器对电机参数进行自学习的过程，一般都比较耗时，影响电机使用的方便性和高效性。
发明人还发现：异步电机转子的自感(互感和转子漏感的总和)和转子电阻会随着异步电机的运行条件的改变而改变。由于导体电阻受集肤效应影响，转子自感值随着流过导体的电流的频率的增加而减少，而转子电阻值随流过转子导体电流的频率的增加而增加。除了集肤效应，转子电阻也随着导体温度的改变而改变，通常转子的导体由铜线制成，所以转子电阻随着温度的增加而增加。如果采用变频器对电机进行高频谐波注入来获得转子时间常数，那么在不同的转速条件下(即流过转子的电流频率不同)和不同温度条件下，要针对不同的运行条件进行多次高频谐波注入，而高频谐波注入的过程，电机是无法按照工作要求进行正常旋转的，于是就导致高频谐波注入参数自学习过程打断电机的正常工作，而这往往是电机用户所无法允许的，即便用户允许，这样的使用过程也过于繁琐。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种在线测量异步电机转子时间常数的方法及装置，有效避免了测量转子时间常数存在的偏差，提高了转子时间常数的测量精度，提升了异步电机的控制效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种在线测量异步电机转子时间常数的方法，包括：
控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；
对异步电机的输出转矩进行采样；
根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；
如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；
以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
本发明的实施方式还提供了一种在线测量异步电机转子时间常数的装置，包括：矢量控制器、采样保持器、以及处理器，
矢量控制器用于控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；
采样保持器用于对异步电机的输出转矩进行采样；
处理器包括：判断模块和调整模块，
判断模块用于根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；
调整模块与判断模块连接，用于：第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；
矢量控制器以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；对异步电机的输出转矩进行采样；根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，有效避免了测量转子时间常数存在的偏差，提高了转子时间常数的测量精度，提升了电机的控制效果。
另外，对异步电机的输出转矩进行采样，包括：对异步电机的输出转矩采样偶数个样本；根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致，包括：对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值；将第一数值与第二数值做差得到第三数值，将第一数值与第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值；根据第三数值和第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致，自动进行转子时间常数的辨识，不需要专业工程人员参与，提升了异步电机的控制效果，能够节省时间，提高效率。
另外，第一时间常数为初始转子时间常数时，如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数，包括：第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第二系数，得到第二转子时间常数，其中第二系数为1和2之间的任一数值；第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第三系数，得到第二转子时间常数，其中第三系数为0和1之间的任一数值，在线测量异步电机转子时间常数的装置内部不使用理想化的电机数学模型，无需在线测量异步电机转子时间常数的装置对异步电机参数进行参数自学习，节省时间，提高效率。
另外，第一时间常数非为初始转子时间常数时，如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数，包括：连续两次测量中第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第二系数，得到第二转子时间常数，其中第二系数为1和2之间的任一数值；连续两次测量中第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第三系数，得到第二转子时间常数，其中第三系数为0和1之间的任一数值；当前次测量与前一次测量的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系不一致时，取当前次的第一转子时间常数与前一次的转子时间常数的平均值作为第二转子时间常数，自动获取合适的异步电机转子时间常数，从而使在线测量异步电机转子时间常数的装置控制异步电机的稳态和动态效果都更加优越。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的异步电机的输出转矩波形示意图；
图2是本发明第二实施方式的在线测量异步电机转子时间常数的方法的流程示意图；
图3是图2中步骤S12的流程示意图；
图4是图2中步骤S13的流程示意图；
图5是图2中步骤S13的又一流程示意图；
图6是本发明第三实施方式的在线测量异步电机转子时间常数的方法的示意图；
图7是本发明第四实施方式的在线测量异步电机转子时间常数的装置的结构示意图；
图8是本发明第五实施方式的在线测量异步电机转子时间常数的装置的结构示意图；
图9是本发明第六实施方式的处理器的结构示意图；
图10是根据本发明第七实施方式的异步电机控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
在本发明实施方式中，异步电机在采用间接矢量控制时，在同步d-q旋转坐标系下，假设转子磁链只存在于d轴，感应电机的转矩方程如下式(1)，转子d轴磁链方程如式(2)。
其中，Te是异步电机的输出转矩，p是异步电机极数，Lm是异步电机互感，Lr是异步电机转子电感，λdr是电机转子d轴磁链，iqs是电机定子q轴电流，ids是电机定子d轴电流，τr是异步电机使用的转子时间常数，
如果异步电机使用的转子时间常数与实际转子时间常数不符，计算出的转子磁链就会不准确。而且如果异步电机使用的转子时间常数与实际转子时间常数不符，定子电流的电角度计算也会有偏差，这两项偏差最终导致电机的输出转矩也不准确，这是异步电机间接矢量控制所要避免的，也正因如此才需要对异步电机使用的转子时间常数进行辨识。
变频器驱动异步电机在外部负载接近恒定条件下进行匀加速运动时，异步电机的输出转矩波形如图1所示。其中，图A是异步电机的速度示意图，从图A中可以看出，异步电机做匀加速运动。图B是异步电机使用的转子时间常数与实际转子时间常数一致时的输出转矩波形示意图，输出转矩波形为标准的方波。图C是异步电机使用的转子时间常数小于实际转子时间常数时的输出转矩波形示意图，图D是异步电机使用的转子时间常数大于实际转子时间常数时的输出转矩波形示意图。
本发明的第一实施方式涉及一种在线测量异步电机转子时间常数的方法。具体流程如图2所示，在线测量异步电机转子时间常数的方法包括：
步骤S10：控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动。
在步骤S10中，根据异步电机的铭牌参数计算初始转子时间常数；以初始转子时间常数作为第一时间常数控制异步电机在预设时间内做匀加速或匀减速运动。
具体地，根据异步电机的铭牌参数应用以下关系式计算初始转子时间常数：
其中，ωe是额定定子电流角速度，ωr额定转子角速度，τ0是所述初始转子时间常数，idse是额定定子d轴电流，对应电机额定空载电流，isse是额定定子电流。
在本发明实施方式中，以异步电机做匀加速运动为例进行说明，控制异步电机在预设时间t内做匀加速至额定转速，预设时间t大于10ms即可，优选地，预设时间t为50ms至2000ms。在该预设时间t内异步电机轴上的负载转矩保持基本不变。
步骤S11：对异步电机的输出转矩进行采样。
具体地，在异步电机匀加速过程中，每隔一时间间隔Ts，对异步电机的输出转矩Tq进行一次采样，并进行滤波后存储采样的输出转矩的绝对值。共采样n个样本，分别记为Tq(k)，其中，k＝1、2、3、…n。在本发明实施方式中，时间间隔Ts可以根据需要设置，优选地，设置为1ms，采样次数n为偶数。
采样过程中，不需要额外添加硬件设备，也不需要向异步电机注入高频谐波，不需要打断异步电机的正常工作过程，提升了异步电机的控制效果，能够节省时间，提高效率，使用更加方便。
步骤S12：根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致。
此时第一转子时间常数为初始转子时间常数，如图3所示，步骤S12包括：
步骤S120：对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值。
例如，将k＝1、2、3、…、n/2所对应的前n/2个Tq(k)累加得到第一数值Tpa,将k＝n/2+1、n/2+2、n/2+3、…、n所对应的后n/2个Tq(k)累加得到第二数值Tpb。
步骤S121：将第一数值与第二数值做差得到第三数值，将第一数值与第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值。
第三数值Tpc＝第一数值Tpa-第二数值Tpb。第四数值Tpd＝第一系数K*(第一数值Tpa+第二数值Tpb)。其中，第一系数K为0至1中的任一值，具体数值可以自由设置，优选地，第一系数K＝0.01。
步骤S122：根据第三数值和第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致。
具体地，第一转子时间常数为初始转子时间常数时，其中，初始转子时间常数为根据异步电机的铭牌参数获取的转子时间常数，在步骤S122中，比较第三数值Tpc与第四数值Tpd的大小：
-Tpd≤Tpc≤Tpd时，第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。说明此时异步电机所使用的第一转子时间常数恰好是符合电机实际的转子时间常数，此时完成对转子时间常数的测量。
Tpc＞Tpd时，第一转子时间常数小于实际转子时间常数。说明此时电机所使用的第一转子时间常数比实际的转子时间常数小，需要将第一转子时间常数放大进行进一步的测量。
Tpc＜-Tpd时，第一转子时间常数大于实际转子时间常数。说明此时电机所使用的第一转子时间常数比实际的转子时间常数大，需要将第一转子时间常数缩小进行进一步的测量。
如此，本发明实施方式可以自动进行转子时间常数的辨识，不需要专业工程人员参与，提升了异步电机的控制效果，能够节省时间，提高效率。
在本发明实施方式中，如果第一转子时间常数非为初始转子时间常数，而经过调整后的第一转子时间常数，则在步骤S122中，首先判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致：当第三数值的绝对值小于第四数值时，第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，否则，第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致。
在第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，进一步判断当前次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系是否与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致。
在判断到当前次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致时，进一步判断第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系：如果当前次的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系与上一次的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致，且当第三数值大于第四数值时，判断为连续两次测量中第一转子时间常数小于实际转子时间常数。如果当前次的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系与上一次的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致，且当第三数值小于第四数值取反后的值时，判断为连续两次测量中第一转子时间常数大于实际转子时间常数。
步骤S13：如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数。
第一转子时间常数为初始转子时间常数时，如图4所示，在步骤S13中，包括：
步骤S130：第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第二系数P，得到第二转子时间常数，其中第二系数P为1和2之间的任一数值。
步骤S131：第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第三系数Q，得到第二转子时间常数，其中第三系数Q为0和1之间的任一数值。
如此，本发明实施方式可以自动获得合适的异步电机的转子时间常数，不需要在专业实验室借助其他专业设备，并且在该过程中不中断异步电机的正常运转，不使用理想化的电机数学模型，无需对异步电机参数进行参数自学习，节省了时间，提高了效率。
第一转子时间常数非为初始转子时间常数时，如图5所示，在步骤S13中，包括：
步骤S132：连续两次测量中第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第二系数P，得到第二转子时间常数，其中第二系数P为1和2之间的任一数值。
步骤S133：连续两次测量中第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第三系数Q，得到第二转子时间常数，其中第三系数Q为0和1之间的任一数值。
步骤S134：当前次测量与前一次测量的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系不一致时，取当前次的第一转子时间常数与前一次的转子时间常数的平均值作为第二转子时间常数。如此，可以自动获取合适的异步电机转子时间常数，从而使得控制异步电机的稳态和动态效果都更加优越，整个过程不需要专业工程人员参与。
步骤S14：以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
具体地，以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数重复执行步骤S10至步骤S12，并在第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，继续调整第一转子时间常数以继续循环进行测量，直至第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；对异步电机的输出转矩进行采样；根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，有效避免了测量转子时间常数存在的偏差，提高了转子时间常数的测量精度，提升了电机的控制效果。
更具体的实施方式中，如图6所示，图6是本发明第三实施方式的在线测量异步电机转子时间常数的方法的示意图，在线测量异步电机转子时间常数的方法包括：
步骤S200：将初始转子时间常数输入到矢量控制器中。
其中，初始转子时间常数是根据异步电机的铭牌参数计算获取的，具体应用以下关系式：
其中，ωe是额定定子电流角速度，ωr额定转子角速度，τ0是所述初始转子时间常数，idse是额定定子d轴电流，对应电机额定空载电流，isse是额定定子电流。
步骤S201：驱动异步电机在预设时间t内做匀加速运动到额定转速。
其中，预设时间t大于10ms即可，优选地，预设时间t为50ms至2000ms。在该预设时间t内异步电机轴上的负载转矩保持基本不变。
步骤S202：在匀加速过程中，每间隔时间Ts，对异步电机的输出转矩Tq进行一次采样，经过滤波后将其绝对值保存，共进行n次采样，构成数组Tq(k)k＝1,2,3……，n。
在本发明实施方式中，时间间隔Ts可以根据需要设置，优选地，设置为1ms，采样次数n为偶数。
步骤S203：将数值的前n/2个Tq(k)累加得到Tqa，将数组的后n/2个Tq(k)累加得到Tqb。计算出Tqc＝Tqa-Tqb和Tqd＝K(Tqa+Tqb)。
其中，第一系数K为0至1中的任一值，优选地，第一系数K＝0.01。
步骤S204：判断是否-Tpd≤Tpc≤Tpd。如果是，则跳转至执行步骤S213；如果否，则执行步骤S205。
如果是，说明当前使用的初始转子时间常数与实际转子时间常数一致，此时可以完成对转子时间常数的测量。如果否，说明当前使用的初始转子时间常数与实际转子时间常数不一致，需要调整转子时间常数进行进一步的测量。
步骤S205：判断是否Tpc＞Tpd。如果是，则跳转至执行步骤S206；如果否，则跳转至执行步骤S207。
如果是，说明初始转子时间常数小于实际转子时间常数，需要将初始转子时间常数放大进行进一步的测量。如果否，说明初始转子时间常数大于实际转子时间常数，需要将初始转子时间常数缩小进行进一步的测量。
步骤S206：将初始转子时间常数乘以放大系数P作为新的转子时间常数。然后跳转至执行步骤S208。
其中，放大系数P为1和2之间的任一数值。
步骤S207：将初始转子时间常数乘以缩小系数Q作为新的转子时间常数。然后继续执行步骤S208。
其中，缩小系数Q为0和1之间的任一数值。
步骤S208：将新的转子时间常数输入到矢量控制器中。
步骤S209：驱动异步电机在预设时间t内做匀加速运动到额定转速。
步骤S209与步骤S201相同，在此不再赘述。
步骤S210：在匀加速过程中，每间隔时间Ts，对异步电机的输出转矩Tq进行一次采样，经过滤波后将其绝对值保存，共进行n次采样，构成数组Tq(k)k＝1,2,3……，n。
步骤S210与步骤S202相同，在此不再赘述。
步骤S211：将数组的前n/2个Tq(k)累加得到Tqa，将数组的后n/2个Tq(k)累加得到Tqb。计算出Tqc＝Tqa-Tqb和Tqd＝K(Tqa+Tqb)。
步骤S211与步骤S203相同，在此不再赘述。
步骤S212：判断是否-Tpd≤Tpc≤Tpd。如果是，则执行步骤S213；如果否，则跳转至执行步骤S214。
步骤S213：当前次使用的转子时间常数恰好是符合异步电机实际的转子时间常数。异步电机以当前次的转子时间常数运动即可，测量结束。
步骤S214：判断当前次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系是否与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系相一致。如果是，则执行步骤S215；如果否，则跳转至执行步骤S218。
步骤S215：判断是否Tpc＞Tpd。如果是，则执行步骤S216；如果否，则跳转至执行步骤S217。
当前次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系相一致时继续判断是否Tpc＞Tpd。如果是，说明连续两次使用的转子时间常数都小于实际转子时间常数，即当前次使用的转子时间常数和上一次使用的转子时间常数都小于实际转子时间常数。如果否，说明连续两次使用的转子时间常数都大于实际转子时间常数，即当前次使用的转子时间常数和上一次使用的转子时间常数都大于实际转子时间常数。
步骤S216：将当前次使用的转子时间常数乘以放大系数P作为新的转子时间常数。然后跳转至执行步骤S208。
连续两次使用的转子时间常数都小于实际转子时间常数时，将当前次使用的转子时间常数继续乘以放大系数P作为新的转子时间常数以进行进一步的测量。
步骤S217：将当前次使用的转子时间常数乘以缩小系数Q作为新的转子时间常数。然后跳转至执行步骤S208。
连续两次使用的转子时间常数都大于实际转子时间常数时，将当前次使用的转子时间常数继续乘以缩小系数Q作为新的转子时间常数并跳转至执行步骤S208以进行进一步的测量。
步骤S218：将上一次使用的转子时间常数与当前次使用的转子时间常数取平均值作为新的转子时间常数。然后跳转至执行步骤S208。
当前次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数大小关系不相一致时，即当前次的转子时间常数大于实际转子时间常数，而上一次的转子时间常数小于实际转子时间常数，或者，当前次的转子时间常数小于实际转子时间常数，而上一次的转子时间常数大于实际转子时间常数，此时，将上一次使用的转子时间常数与当前次使用的转子时间常数取平均值作为新的转子时间常数并跳转至执行步骤S208以进行进一步的测量。
循环进行上述测量，直至在步骤S212中判断到-Tpd≤Tpc≤Tpd，亦即当前次的转子时间常数与实际转子时间常数一致。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明还涉及一种在线测量异步电机转子时间常数的装置。如图7所示，在线测量异步电机转子时间常数的装置包括：矢量控制器、采样保持器、以及处理器。
矢量控制器用于控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动。
采样保持器用于对异步电机的输出转矩进行采样。
处理器包括：判断模块和调整模块。判断模块用于根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；调整模块与判断模块连接，用于：第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数。
矢量控制器以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
在本发明实施方式中，通过矢量控制器控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；采样保持器对异步电机的输出转矩进行采样；处理器根据采样结果判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；如果第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；矢量控制器再以第二转子时间常数作为新的第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，有效避免了测量转子时间常数存在的偏差，提高了转子时间常数的测量精度，提升了电机的控制效果。
在本发明实施方式中，首先，处理器根据异步电机的铭牌参数计算初始转子时间常数。具体地，处理器根据异步电机的铭牌参数应用以下关系式计算初始转子时间常数：
其中，ωe是额定定子电流角速度，ωr额定转子角速度，τ0是所述初始转子时间常数，idse是额定定子d轴电流，对应电机额定空载电流，isse是额定定子电流。
然后，矢量控制器以初始转子时间常数作为第一时间常数控制异步电机在预设时间t内做匀加速或匀减速运动。预设时间t大于10ms即可，优选地，预设时间t为50ms至2000ms。在该预设时间t内异步电机轴上的负载转矩保持基本不变。
以匀加速或匀减速运动为例进行说明，在异步电机做匀加速运动过程中，采样保持器用于：对异步电机的输出转矩采样偶数个样本。
具体地，如图8所示，在线测量异步电机转子时间常数的装置还包括数字低通滤波器和数据存储器。采样保持器每隔时间间隔Ts，对异步电机的输出转矩Tq进行一次采样，并通过数字低通滤波器滤波，再将采样的输出转矩Tq的绝对值保存在数据存储器中，总共采样n个样本，分别记为Tq(k)，其中，k＝1、2、3、…n。在本发明实施方式中，时间间隔Ts可以根据需要设置，优选地，设置为1ms，采样次数n为偶数。
采样过程中，不需要额外添加硬件设备，也不需要在线测量异步电机转子时间常数的装置向异步电机注入高频谐波，不需要打断异步电机的正常工作过程，提升了异步电机的控制效果，能够节省时间，提高效率，使用更加方便。
如图9所示，处理器还包括：累加模块和运算模块。累加模块用于：对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值。运算模块用于：将第一数值与第二数值做差得到第三数值，将第一数值与第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值。
例如，累加模块将k＝1、2、3、…、n/2所对应的前n/2个Tq(k)累加得到第一数值Tpa,将k＝n/2+1、n/2+2、n/2+3、…、n所对应的后n/2个Tq(k)累加得到第二数值Tpb。第三数值Tpc＝第一数值Tpa-第二数值Tpb。第四数值Tpd＝第一系数K*(第一数值Tpa+第二数值Tpb)。其中，第一系数K为0至1中的任一值，具体数值可以自由设置，优选地，第一系数K＝0.01。
判断模块用于：当第三数值的绝对值小于第四数值时，判断为第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，当第三数值大于第四数值时，判断为第一转子时间常数小于实际转子时间常数，当第三数值小于第四数值取反后的值时，判断为第一转子时间常数大于实际转子时间常数。
此时，第一时间常数为初始转子时间常数时，调整模块用于：第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第二系数，得到第二转子时间常数，其中第二系数为1和2之间的任一数值。第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将第一转子时间常数乘以第三系数，得到第二转子时间常数，其中第三系数为0和1之间的任一数值。
矢量控制器进一步以得到的第二转子时间常数作为新的第一时间常数控制异步电机在预设时间t内做匀加速运动。采样保持器继续对异步电机的输出转矩采样偶数个样本。累加模块进一步对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值；运算模块进一步将第一数值与第二数值做差得到第三数值，将第一数值与第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值。
判断模块进一步用于：判断当前次的第一转子时间常数与实际转子时间常数是否一致。当第三数值的绝对值小于第四数值时，判断为第一转子时间常数与实际转子时间常数一致，否则，第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致。判断模块判断到第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，进一步判断当前次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系是否与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致。
在判断到当前次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系与上一次的转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系一致时，判断模块进一步判断第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系：当第三数值大于第四数值时，判断为第一转子时间常数小于实际转子时间常数，当第三数值小于第四数值取反后的值时，判断为第一转子时间常数大于实际转子时间常数。
由于此时第一转子时间常数不为初始转子时间常数，而是调整的第二转子时间常数，调整模块用于根据判断模块的判断结果进一步调整第一转子时间常数。
具体地，连续两次测量中第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，调整模块将第一转子时间常数乘以第二系数，得到第二转子时间常数，其中第二系数为1和2之间的任一数值。连续两次测量中第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，调整模块将第一转子时间常数乘以第三系数，得到第二转子时间常数，其中第三系数为0和1之间的任一数值，当前次测量与前一次测量的第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系不一致时，调整模块取当前次的第一转子时间常数与前一次的转子时间常数的平均值作为第二转子时间常数。
矢量控制器进一步以得到的第二转子时间常数作为新的第一时间常数控制异步电机在预设时间t内做匀加速运动，重复进行上述测量，直至新的第一转子时间常数与实际转子时间常数一致。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明还涉及一种异步电机控制系统。如图10所示，异步电机控制系统包括：速度控制器、电流控制器、CLARK逆变换、SVPWM、电压可控PWM逆变换器、CLARK变换、PARK变换、电流传感器、光电码盘、异步电机以及在线测量异步电机转子时间常数的装置。
光电码盘用于测量异步电机的转速，速度控制器对异步电机的转速进行控制。电流传感器检测异步电机的d、q轴电流，并经PARK变换和CLARK变换后分别与d轴参考电流，速度控制器输出q轴参考电流运算后传输至电流控制器进行控制，然后经CLARK逆变换、SVPWM以及电压可控PWM逆变换器后传输至异步电机以调整异步电机的d、q轴电流。异步电机的转速以及经PARK变换和CLARK变换后的d、q轴电流还传输至在线测量异步电机转子时间常数的装置，在线测量异步电机转子时间常数的装置根据异步电机的转速以及d、q轴电流在线测量异步电机转子时间常数，以获得适合的转子时间常数。在线测量异步电机转子时间常数的装置的功能实现参见前述的在线测量异步电机转子时间常数的装置，在此不再赘述。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，包括：
控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；
对所述异步电机的输出转矩进行采样；
根据采样结果判断所述第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；
如果所述第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整所述第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；
以所述第二转子时间常数作为新的所述第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数一致。
2.根据权利要求1所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，所述控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动，包括：
根据所述异步电机的铭牌参数计算初始转子时间常数；
以所述初始转子时间常数作为所述第一时间常数控制异步电机在预设时间内做匀加速或匀减速运动。
3.根据权利要求1所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，
所述对所述异步电机的输出转矩进行采样，包括：对所述异步电机的输出转矩采样偶数个样本；
所述根据采样结果判断所述第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致，包括：
对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值；
将所述第一数值与所述第二数值做差得到第三数值，将所述第一数值与所述第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值；
根据所述第三数值和所述第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致。
4.根据权利要求3所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，所述第一转子时间常数为初始转子时间常数时，其中所述初始转子时间常数为根据所述异步电机的铭牌参数获取的转子时间常数，所述根据所述第三数值和所述第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致，包括：
当所述第三数值的绝对值小于所述第四数值时，所述第一转子时间常数与实际转子时间常数一致；
当所述第三数值大于所述第四数值时，所述第一转子时间常数小于实际转子时间常数；
当所述第三数值小于所述第四数值取反后的值时，所述第一转子时间常数大于实际转子时间常数。
5.根据权利要求3所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，所述第一转子时间常数非为初始转子时间常数时，所述根据所述第三数值和所述第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致，包括：
当所述第三数值的绝对值小于所述第四数值时，所述第一转子时间常数与实际转子时间常数一致；
否则，判断当前次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系是否与上一次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系一致；
如果当前次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系与上一次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系一致，且当所述第三数值大于所述第四数值时，则判断为连续两次测量中所述第一转子时间常数小于所述实际转子时间常数；
如果当前次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系与上一次的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数的大小关系一致，且当所述第三数值小于所述第四数值时，则判断为连续两次测量中所述第一转子时间常数大于所述实际转子时间常数。
6.根据权利要求1所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，所述第一时间常数为初始转子时间常数时，所述如果所述第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整所述第一转子时间常数，得到第二转子时间常数，包括：
所述第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第二系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第二系数为1和2之间的任一数值；
所述第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第三系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第三系数为0和1之间的任一数值。
7.根据权利要求1所述的在线测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于，所述第一时间常数非为初始转子时间常数时，所述如果所述第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致，则按预设比例调整所述第一转子时间常数，得到第二转子时间常数，包括：
连续两次测量中所述第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第二系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第二系数为1和2之间的任一数值；
连续两次测量中所述第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第三系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第三系数为0和1之间的任一数值；
当前次测量与上一次测量的所述第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系不一致时，取当前次的所述第一转子时间常数与前一次的所述转子时间常数的平均值作为第二转子时间常数。
8.一种在线测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于，包括：矢量控制器、采样保持器、以及处理器，
所述矢量控制器用于控制异步电机以第一转子时间常数在预设时间内做匀加速或匀减速运动；
所述采样保持器用于对所述异步电机的输出转矩进行采样；
所述处理器包括：判断模块和调整模块，
所述判断模块用于根据采样结果判断所述第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致；
所述调整模块与所述判断模块连接，用于：所述第一转子时间常数与实际转子时间常数不一致时，按预设比例调整所述第一转子时间常数，得到第二转子时间常数；
所述矢量控制器以所述第二转子时间常数作为新的所述第一转子时间常数驱动异步电机进行重复测量，直至新的所述第一转子时间常数与所述实际转子时间常数一致。
9.根据权利要求8所述的在线测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于，
所述采样保持器额用于：对所述异步电机的输出转矩采样偶数个样本；
所述处理器还包括：累加模块和运算模块，
所述累加模块用于：对前半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第一数值，对后半部分样本的输出转矩的绝对值累加得到第二数值；
所述运算模块用于：将所述第一数值与所述第二数值做差得到第三数值，将所述第一数值与所述第二数值做和并乘以第一系数得到第四数值；
所述判断模块用于：根据所述第三数值和所述第四数值判断第一转子时间常数是否与实际转子时间常数一致。
10.根据权利要求8所述的在线测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于，所述第一转子时间常数非为初始转子时间常数时，所述调整模块用于：
连续两次测量中所述第一转子时间常数小于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第二系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第二系数为1和2之间的任一数值；
连续两次测量中所述第一转子时间常数大于实际转子时间常数时，将所述第一转子时间常数乘以第三系数，得到所述第二转子时间常数，其中所述第三系数为0和1之间的任一数值；
当前次测量与前一次测量的所述第一转子时间常数与实际转子时间常数的大小关系不一致时，取当前次的所述第一转子时间常数与前一次的所述转子时间常数的平均值作为第二转子时间常数。
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