CN108155841B - 一种感应电机的无位置传感器速度估算方法 - Google Patents

一种感应电机的无位置传感器速度估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种感应电机的无位置传感器速度估算方法，属于电机控制技术领域，采用反电动势除以磁通的计算模型实现感应电机的无位置传感器速度估算，先根据电机参数、相电压、定子电流在M‑T坐标系下计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势M轴分量和反电动势T轴分量，再根据反电动势T轴分量的符号判断感应电机的转速方向，引入相应的轴系偏差补偿量，以对反电动势进行校正计算。上述技术方案的有益效果是：对感应电机的速度估算，在常规电压计算模型的基础上，针对轴系偏差，对反电动势的计算引入轴系偏移补偿系统，以对感应电机的反电动势进行补偿调整，从而进一步提高感应电机的转速估算的精度。

Description

一种感应电机的无位置传感器速度估算方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种感应电机的无位置传感器速度估算方法。
背景技术
在工业驱动控制系统中，感应电机应用非常广泛，由于感应电机是一种典型的多变量、强耦合的非线性系统，其稳定性、稳态精度、响应速度、超调量、调速范围等指标，直接决定着整个系统的性能。在提高感应电机控制性能的过程中，转子位置检测的问题成为关注焦点，一般情况下，采用位置传感器来获得转子位置，进而计算电机转速，完成感应电机的矢量控制，但在特殊要求场合(如安装空间不允许、运行过程中位置传感器发生损坏等)，要求电机在没有传感器的情况下，也能够正常起动、运转。
由于转子的位置计算是由转速的积分获得，一旦转速估算出现误差，会导致矢量控制的失控，因此，在对感应电机进行无位置传感矢量控制过程中，转速估算误差是必须解决的问题之一。在现有的转速估算模型中，多采用电压计算模型，其精度主要取决于电机参数计算是否准确，另外轴系偏差也会产生转速估算误差。
为提高感应电机无传感矢量控制的性能，研究人员提出很多减小速度估计误差的方法。主要有几种途径，一是对电机参数进行整定，采集电机温度，对电机参数进行补偿和调整，这样做可以提高计算过程中电机电压、磁场的计算精度，但这个做法对低速运行时，速度估算精度的提高有限；二是考虑转矩变动对转速的影响，在速度估算结果上进行相应补偿，提高响应速度。但是没有针对轴系偏差，提出相应的误差补偿方法，无法进一步提高速度估算的精度。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种感应电机的无位置传感器速度估算方法，在常规电压计算模型的基础上，针对轴系偏差，对反电动势的计算引入轴系偏移补偿系统，以对感应电机的反电动势进行补偿调整，旨在进一步提高感应电机的转速估算的精度。本发明采用如下技术方案：
一种感应电机的无位置传感器速度估算方法，包括以下步骤：
步聚S1、辨识感应电机的参数；
步骤S2、检测感应电机的相电压以及定子电流；
步骤S3、根据所述参数、相电压、定子电流在M-T坐标系下计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势M轴分量和反电动势T轴分量；
步骤S4、根据所述反电动势T轴分量的符号判断感应电机的转速方向并输出判断结果；
步骤S5、根据所述判断结果引入轴系偏差补偿系数以校正计算感应电机的电子绕组上产生的反电动势；
步骤S6、估算感应电机的定子磁通值和滑差转速；
步骤S7、根据所述反电动势、定子磁通值、滑差转速估算感应电机的定子磁场速度以及转子速度。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S5中通过以下公式计算获得所述反电动势：
E＝sign(et)*(︱et︱-k1*em)*k2*Nbase；
其中E用于表示所述反电动势，et用于表示所述反电动势T轴分量，k1用于表示所述轴系偏差补偿系数，em用于表示所述反电动势M轴分量，k2用于表示反电动势换算系数，Nbase用于表示感应电机的额定转速；
所述轴系偏差补偿系数和所述反电动势换算系数为设定值。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S7中通过以下公式计算获得所述定子磁场转速：
W1＝E/Φ+Wsl_est；
其中W1用于表示所述定子磁场速度，E用于表示所述反电动势，Φ用于表示所述定子磁通值，Wsl_est用于表示所述滑差转速。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S7中通过以下公式计算获得所述转子速度：
Wr＝W1-Wsl；
其中，Wr用于表示所述转子速度，W1用于表示所述定子磁场速度，Wsl用于表示滑差速度指令值。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S3中通过以下公式计算获得所述反电动势T轴分量：
et＝Vt–R1t*it-Lσt1*d(it)/dt-ω1*Lσm2*im；
其中，et用于表示所述反电动势T轴分量，Vt用于表示所述相电压的T轴分量，it用于表示所述定子电流的T轴分量，im用于表示所述定子电流的M轴分量，ω1用于表示转速指令值，R1t用于表示感应电机的定子电阻的T轴分量，Lσt1用于表示感应电机的定子电感的T轴分量，Lσm2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的M轴分量。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S3中通过以下公式计算获得所述反电动势M轴分量：
em＝Vm–R1m*im-Lσm1*d(im)/dt-ω1*Lσt2*it；
其中，em用于表示所述反电动势M轴分量，Vm用于表示所述相电压的M轴分量，im用于表示所述定子电流的M轴分量，it用于表示所述定子电流的T轴分量，ω1用于表示转速指令值，R1m用于表示感应电机的定子电阻的M轴分量，Lσm1用于表示感应电机的定子电感的M轴分量，Lσt2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的T轴分量。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S1中通过最小二乘参数辨识法辨识感应电机的所述参数。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S6中通过电压模型估算所述定子磁通值。
较佳的，上述感应电机的无位置传感器速度估算方法中，所述步骤S6中估算所述滑差转速的方法为：
根据所述定子电流的T轴分量计算得到感应电机的实时转矩；
根据所述实时转矩计算得到所述滑差转速。
上述技术方案的有益效果是：对感应电机的速度估算，在常规电压计算模型的基础上，针对轴系偏差，对反电动势的计算引入轴系偏移补偿系统，以对感应电机的反电动势进行补偿调整，从而进一步提高感应电机的转速估算的精度。
附图说明
图1是本发明的较佳的实施例中，一种感应电机的无位置传感器速度估算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的较佳的实施例中，如图1所示，提供一种感应电机的无位置传感器速度估算方法，包括以下步骤：
步聚S1、辨识感应电机的参数；
感应电机的无位置传感器速度估算的一个重要因素就是电机参数的准确性，由于感应电机的定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感，电机互感等参数都是未知的，且电机参数会在感应电机工作过程中，随着温度的变化而改变，因此本实施例中引入电机参数的在线辨别。进一步地，本实施例中，通过现有技术中常用于电机参数辨别的最小二乘参数辨识法辨识感应电机的参数，上述电机参数辨别方法为现有技术，这里不再赘述。
步骤S2、检测感应电机的相电压以及定子电流；
步骤S3、根据参数、相电压、定子电流在M-T坐标系下计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势M轴分量和反电动势T轴分量；
步骤S4、根据反电动势T轴分量的符号判断感应电机的转速方向并输出判断结果；
步骤S5、根据判断结果引入轴系偏差补偿系数以校正计算感应电机的电子绕组上产生的反电动势；
步骤S6、估算感应电机的定子磁通值和滑差转速；
步骤S7、根据反电动势、定子磁通值、滑差转速估算感应电机的定子磁场速度以及转子速度。
本实施例中，采用反电动势除以磁通的计算模型实现感应电机的无位置传感器速度估算，先根据电机参数、检测的相电压、定子电流在M-T坐标系下计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势M轴分量和反电动势T轴分量，再根据反电动势M轴分量和反电动势T轴分量计算感应电机的反电动势，为解决感应电机的轴系偏差造成的转速估算误差，本实施例中，在计算反电动势时，根据反电动势T轴分量的符号判断感应电机的转速方向，引入相应的轴系偏差补偿量，以对反电动势进行校正计算。
进一步地，本实施例中，关于估算定子磁通值采用现有技术中常用的感应电机磁链观测技术实现，如基于电机模型的电压模型法，所涉及的参数只有感应电机的定子电阻，不涉及感应电机的转速和转子电阻，结构简单(使用现有技术，在此不再赘述)。
进一步地，本实施例中，估算滑差转速的方法为：根据定子电流的T轴分量计算得到感应电机的实时转矩；再根据实时转矩计算得到滑差转速。定子电流的T轴分量为感应电机的实时转矩电流，转矩电流与转矩成正比关系统，滑差转速又与转矩成正比关系，因此可通过检测定子电流来估算感应电机的实际滑差转速。
本发明的较佳的实施例中，步骤S5中通过以下公式计算获得反电动势：
E＝sign(et)*(︱et︱-k1*em)*k2*Nbase；
其中E用于表示反电动势，et用于表示反电动势T轴分量，k1用于表示轴系偏差补偿系数，em用于表示反电动势M轴分量，k2用于表示反电动势换算系数，Nbase用于表示感应电机的额定转速；
轴系偏差补偿系数和反电动势换算系数为设定值。
本发明的较佳的实施例中，步骤S7中通过以下公式计算获得定子磁场转速：
W1＝E/Φ+Wsl_est；
其中W1用于表示定子磁场速度，E用于表示反电动势，Φ用于表示定子磁通值，Wsl_est用于表示滑差转速。
本发明的较佳的实施例中，步骤S7中通过以下公式计算获得转子速度：
Wr＝W1-Wsl；
其中，Wr用于表示转子速度，W1用于表示定子磁场速度，Wsl用于表示滑差速度指令值。
本发明的较佳的实施例中，步骤S3中通过以下公式计算获得反电动势T轴分量：
et＝Vt–R1t*it-Lσt1*d(it)/dt-ω1*Lσm2*im；
其中，et用于表示反电动势T轴分量，Vt用于表示相电压的T轴分量，it用于表示定子电流的T轴分量，im用于表示定子电流的M轴分量，ω1用于表示转速指令值(为给定值)，R1t用于表示感应电机的定子电阻(通过步骤S1中的参数辨识获得)的T轴分量，Lσt1用于表示感应电机的定子电感(通过步骤S1中的参数辨识获得)的T轴分量，Lσm2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的M轴分量。
本发明的较佳的实施例中，步骤S3中通过以下公式计算获得反电动势M轴分量：
em＝Vm–R1m*im-Lσm1*d(im)/dt-ω1*Lσt2*it；
其中，em用于表示反电动势M轴分量，Vm用于表示相电压的M轴分量，im用于表示定子电流的M轴分量，it用于表示定子电流的T轴分量，ω1用于表示转速指令值(为给定值)，R1m用于表示感应电机的定子电阻(通过步骤S1中的参数辨识获得)的M轴分量，Lσm1用于表示感应电机的定子电感(通过步骤S1中的参数辨识获得)的M轴分量，Lσt2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的T轴分量。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步聚S1、辨识感应电机的参数；
步骤S2、检测感应电机的相电压以及定子电流；
步骤S3、根据所述参数、相电压、定子电流在M-T坐标系下计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势M轴分量和反电动势T轴分量；
步骤S4、根据所述反电动势T轴分量的符号判断感应电机的转速方向并输出判断结果；
步骤S5、根据所述判断结果引入轴系偏差补偿系数以校正计算感应电机的定子绕组上产生的反电动势；
所述步骤S5中通过以下公式计算获得所述反电动势：
E＝sign(et)*(|et|-k1*em)*k2*Nbase；
其中E用于表示所述反电动势，et用于表示所述反电动势T轴分量，k1用于表示所述轴系偏差补偿系数，em用于表示所述反电动势M轴分量，k2用于表示反电动势换算系数，Nbase用于表示感应电机的额定转速；
所述轴系偏差补偿系数和所述反电动势换算系数为设定值；
步骤S6、估算感应电机的定子磁通值和滑差转速；
步骤S7、根据所述反电动势、定子磁通值、滑差转速估算感应电机的定子磁场速度以及转子速度。
2.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S7中通过以下公式计算获得所述定子磁场转速：
W1＝E/Φ+Wsl_est；
其中W1用于表示所述定子磁场速度，E用于表示所述反电动势，Φ用于表示所述定子磁通值，Wsl_est用于表示所述滑差转速。
3.如权利要求2所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S7中通过以下公式计算获得所述转子速度：
Wr＝W1-Wsl；
其中，Wr用于表示所述转子速度，W1用于表示所述定子磁场速度，Wsl用于表示滑差速度指令值。
4.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S3中通过以下公式计算获得所述反电动势T轴分量：
et＝Vt-R1t*it-Lσt1*d(it)/dt-ω1*Lσm2*im；
其中，et用于表示所述反电动势T轴分量，Vt用于表示所述相电压的T轴分量，it用于表示所述定子电流的T轴分量，im用于表示所述定子电流的M轴分量，ω1用于表示转速指令值，R1t用于表示感应电机的定子电阻的T轴分量，Lσt1用于表示感应电机的定子电感的T轴分量，Lσm2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的M轴分量。
5.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S3中通过以下公式计算获得所述反电动势M轴分量：
em＝Vm-R1m*im-Lσm1*d(im)/dt-ω1*Lσt2*it；
其中，em用于表示所述反电动势M轴分量，Vm用于表示所述相电压的M轴分量，im用于表示所述定子电流的M轴分量，it用于表示所述定子电流的T轴分量，ω1用于表示转速指令值，R1m用于表示感应电机的定子电阻的M轴分量，Lσm1用于表示感应电机的定子电感的M轴分量，Lσt2用于表示2π倍的感应电机的定子电感的T轴分量。
6.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S1中通过最小二乘参数辨识法辨识感应电机的所述参数。
7.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S6中通过电压模型估算所述定子磁通值。
8.如权利要求1所述的感应电机的无位置传感器速度估算方法，其特征在于，所述步骤S6中估算所述滑差转速的方法为：
根据所述定子电流的T轴分量计算得到感应电机的实时转矩；
根据所述实时转矩计算得到所述滑差转速。
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