CN108183647A

CN108183647A - 一种异步电机离线静态参数辨识方法及其装置

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Publication number: CN108183647A
Application number: CN201711464189.XA
Authority: CN
Inventors: 沈文; 董瑞勇
Original assignee: Shenzhen Invt Electric Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Invt Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108183647B

Abstract

本发明公开了一种异步电机离线静态参数辨识方法，包括向异步电机的定子绕组内输入第一频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；向异步电机的定子绕组内输入第二频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；第一频率与第二频率不相等；分别对两次采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到在输入第一频率和第二频率时异步电机输入端的阻抗的实部和虚部；依据输入第一频率和第二频率后计算得到的两组阻抗的实部和虚部，计算得到异步电机的电机参数。本发明能够在电机不旋转的情况下进行参数识别，适用范围广，可靠性强；本发明还公开了一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。

Description

一种异步电机离线静态参数辨识方法及其装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种异步电机离线静态参数辨识方法。本发明还涉及一种异步电机离线静态参数辨识装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

异步电机结构简单、成本低、广泛应用于电气传动领域。随着变频器的发展及在调速和节能方面的优势，新的、不同的应用场合对电机控制性能提出了更高的要求，矢量控制技术被广大用户所认可。

矢量控制基于电机数学模型，依赖电机参数，电机参数不准，会严重降低控制性能。目前识别电机参数的异步离线辨识方法中，电机参数需要多步注入(第一步注入直流电流后辨识定子电阻；第二步注入单相交流后辨识漏感和转子电阻；第三步注入三相旋转电流后进行互感辨识位)才能辨识出来，过程复杂，而且这些方法一般需要电机旋转才能辨识出来。但是，在一些负载无法脱开的应用场合，电机轴无法旋转，就导致这些方式无法辨识电机的互感、空载电流参数，适用性低，可靠性差。

因此，如何提供一种过程简单且适用性强的异步电机离线静态参数辨识方法、装置、设备及计算机可读存储介质是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种异步电机离线静态参数辨识方法，能够在电机不旋转的情况下进行参数识别，适用范围广，可靠性强；本发明的另一目的是提供一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种异步电机离线静态参数辨识方法，包括：

向异步电机的定子绕组内输入第一频率的单相交流电流并采样所述异步电机输入端的电压和电流；

向所述异步电机的定子绕组内输入第二频率的单相交流电流并采样所述异步电机输入端的电压和电流；所述第一频率与所述第二频率不相等；

分别对两次采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到在输入所述第一频率和所述第二频率时所述异步电机输入端的阻抗的实部和虚部；

依据输入所述第一频率和所述第二频率后计算得到的两组所述阻抗的实部和虚部，计算得到所述异步电机的电机参数。

优选地，对输入所述第一频率时或输入所述第二频率时采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到一组所述异步电机输入端的阻抗的实部和虚部的过程具体为：

对当前输入频率后采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到电压和电流的基波幅值；

依据所述基波幅值计算所述异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角；

依据所述阻抗值和功率因数角，计算得到所述输入端阻抗的实部和虚部；

其中，输入所述第一频率时得到一组实部Z_rel1和虚部Z_img1；输入所述第二频率时得到一组实部Z_rel2和虚部Z_img2。

优选地，所述依据所述基波幅值计算所述异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角的过程具体为：

依据所述基波幅值以及阻抗关系式和功率因数角关系式，计算所述异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角；

其中，在输入所述第一频率时，所述阻抗关系式为：

所述功率因数角关系式为：

其中，u₁为输入所述第一频率后采样的电压，i₁为输入所述第一频率后采样的电流；Z₁为输入所述第一频率后计算得到的所述异步电机输入端的阻抗值，为输入所述第一频率后计算得到的功率因数角；U_rel1、U_img1为u₁对应的基波幅值，I_rel1、I_img1为i₁对应的基波幅值；

其中，在输入所述第二频率时，所述阻抗关系式为：

所述功率因数角关系式为：

其中，u₂为输入所述第二频率后采样的电压，i₂为输入所述第二频率后采样的电流；Z₂为输入所述第二频率后计算得到的所述异步电机输入端的阻抗值，为输入所述第二频率后计算得到的功率因数角；U_rel2、U_img2为u₂对应的基波幅值，I_rel2、I_img2为i₂对应的基波幅值。

优选地，所述依据所述阻抗值和功率因数角，计算得到所述输入端阻抗的实部和虚部的过程具体为：

依据所述阻抗值和功率因数角以及实部虚部关系式，计算得到所述输入端阻抗的实部和虚部；

其中，在输入所述第一频率时，所述实部虚部关系式为：

在输入所述第二频率时，所述实部虚部关系式为：

其中，Z_rel1为Z₁的实部，Z_img1为Z₁的虚部、Z_rel2为Z₂的实部、Z_img2为Z₂的虚部。

优选地，所述电机参数包括定、转子电阻、漏感和互感；所述依据输入所述第一频率和所述第二频率后计算得到的两组所述阻抗的实部和虚部，计算得到所述异步电机的电机参数。的过程具体为：

依据两组所述阻抗的实部和虚部以及中间变量关系式计算得到中间变量；

依据所述中间变量以及参数关系式计算得到所述异步电机的定、转子电阻以及漏感和互感；

所述中间变量关系式为：

a，b，c为所述中间变量；ω₁为所述第一频率，ω₂为所述第二频率；

所述参数关系式为：

R_s为定子电阻；R_r为转子电阻；L_sσ为定子漏感；L_rσ为转子漏感；L_m为互感。

优选地，所述单相交流电流为初始单相交流电流叠加直流电流后得到的。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种异步电机离线静态参数辨识装置，包括：

测试模块，用于向异步电机的定子绕组内输入第一频率的单相交流电流并采样所述异步电机输入端的电压和电流；向所述异步电机的定子绕组内输入第二频率的单相交流电流并采样所述异步电机输入端的电压和电流；所述第一频率与所述第二频率不相等；

实部虚部计算模块，用于分别对两次采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到在输入所述第一频率和所述第二频率时所述异步电机输入端的阻抗的实部和虚部；

电机参数计算模块，用于依据输入所述第一频率和所述第二频率后计算得到的两组所述阻抗的实部和虚部，计算得到所述异步电机的电机参数。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种异步电机离线静态参数辨识设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如以上任一项所述的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项所述的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。

本发明提供了一种异步电机离线静态参数辨识方法，通过分两次分别向异步电机的定子绕组内输入不同频率的单相交流电流，并采集每次输入电流后异步电机输入端的电压和电流，进而依据采集的电压和电流计算异步电机的电机参数。可见，本发明只需要在定子绕组内输入电流，并采集电机输入端的电压和电流即可，不需要令电机旋转，电机轴处于抱紧或非抱紧的状态均可以使用，适用范围广，可靠性强。本发明还提供了一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种异步电机离线静态参数辨识方法的过程的流程图；

图2为单相交流电流输入的控制框图；

图3为本发明提供的另一种异步电机离线静态参数辨识装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种异步电机离线静态参数辨识方法，能够在电机不旋转的情况下进行参数识别，适用范围广，可靠性强；本发明的另一目的是提供一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种异步电机离线静态参数辨识方法，参见图1所示，图1为本发明提供的一种异步电机离线静态参数辨识方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤s1：向异步电机的定子绕组内输入第一频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；

步骤s2：向异步电机的定子绕组内输入第二频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；第一频率与第二频率不相等；

其中，第一频率、第二频率与额定转差频率相近，例如第一频率ω₁＝0.5ω_slip、第二频率ω₂＝1.5ω_slip；当然，以上仅为一种具体实施例，本发明不限定两个频率的具体大小。

步骤s3：分别对两次采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到在输入第一频率和第二频率时异步电机输入端的阻抗的实部和虚部；

需要注意的是，这里的傅里叶分析是分别对每次采样的电压和电流进行的，因此，最终会得到两组实部和虚部，分别对应两次输入不同频率的单相交流电流后的阻抗。

步骤s4：依据输入第一频率和第二频率后计算得到的两组阻抗的实部和虚部，计算得到异步电机的电机参数。

这里实际上是依据两组实部和虚部来计算异步电机的电机参数。

其中，步骤s3中，对输入所述第一频率时或输入所述第二频率时采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到一组所述异步电机输入端的阻抗的实部和虚部的过程具体为：

依据基波幅值计算异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角；

依据阻抗值和功率因数角，计算得到输入端阻抗的实部和虚部；其中，输入第一频率时得到一组实部Z_rel1和虚部Z_img1；输入第二频率时得到一组实部Z_rel2和虚部Z_img2。

具体的，依据基波幅值计算异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角的过程具体为：

依据基波幅值以及阻抗关系式和功率因数角关系式，计算异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角；

其中，在输入第一频率时，阻抗关系式为：

功率因数角关系式为：

其中，u₁为输入第一频率后采样的电压，i₁为输入第一频率后采样的电流；Z₁为输入第一频率后计算得到的异步电机输入端的阻抗值，为输入第一频率后计算得到的功率因数角；U_rel1、U_img1为u₁对应的基波幅值，I_rel1、I_img1为i₁对应的基波幅值；

在输入第二频率时，阻抗关系式为：

功率因数角关系式为：

其中，u₂为输入第二频率后采样的电压，i₂为输入第二频率后采样的电流；Z₂为输入第二频率后计算得到的异步电机输入端的阻抗值，为输入第二频率后计算得到的功率因数角；U_rel2、U_img2为u₂对应的基波幅值，I_rel2、I_img2为i₂对应的基波幅值。

具体的，步骤s33的过程具体为：

依据阻抗值和功率因数角以及实部虚部关系式，计算得到输入端阻抗的实部和虚部；

其中，在输入第一频率时，实部虚部关系式为：

在输入第二频率时，实部虚部关系式为：

具体的，电机参数包括定、转子电阻、漏感和互感；步骤s4的过程具体为：

依据两组阻抗的实部和虚部以及中间变量关系式计算得到中间变量；

依据中间变量以及参数关系式计算得到异步电机的定、转子电阻以及漏感和互感；

中间变量关系式为：

a，b，c为中间变量；ω₁为第一频率，ω₂为第二频率；

参数关系式为：

作为优选地，上述单相交流电流为初始单相交流电流叠加直流电流后得到的。

可以理解的是，初始单相交流电流是在横坐标轴上下波动的，这种情况下会导致部分时间段内处于死区时间，影响辨识结果，为了避开死区时间的影响，在初始单相交流电流上叠加直流电流，当然这里的直流电流方向为正，使得最终输入定子绕组的单相交流电流始终处于正半轴内，从而避开死区时间的影响；当然，这里的直流电流的大小需要根据实验测定，本发明对此不作限定。

另外，本发明中单相交流电流是通过逆变器来输入至电机内的，过程如图2所示，图2为单相交流电流输入的控制框图；参考电流与反馈电流叠加后进行PI控制，控制后的信号通过SVPWM(空间矢量控制)后输出脉冲控制信号至三相PWM逆变电路，由三相PWM逆变电路输出交流电流至电机的定子绕组，并采集三相PWM逆变电路的输出电流作为反馈电流。

本发明提供了一种异步电机离线静态参数辨识方法，通过分两次分别向异步电机的定子绕组内输入不同频率的单相交流电流，并采集每次输入电流后异步电机输入端的电压和电流，进而依据采集的电压和电流计算异步电机的电机参数。可见，本发明只需要在定子绕组内输入电流，并采集电机输入端的电压和电流即可，不需要令电机旋转，电机轴处于抱紧或非抱紧的状态均可以使用，适用范围广，可靠性强。

本发明还提供了一种异步电机离线静态参数辨识装置，参见图3所示，图3为本发明提供的另一种异步电机离线静态参数辨识装置的结构示意图。该装置包括：

测试模块1，用于向异步电机的定子绕组内输入第一频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；向异步电机的定子绕组内输入第二频率的单相交流电流并采样异步电机输入端的电压和电流；第一频率与第二频率不相等；

实部虚部计算模块2，用于分别对两次采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到在输入第一频率和第二频率时异步电机输入端的阻抗的实部和虚部；

电机参数计算模块3，用于依据输入第一频率和第二频率后计算得到的两组阻抗的实部和虚部，计算得到异步电机的电机参数。作为优选地，实部虚部计算模块2具体包括：

傅里叶分析单元，用于对两次采样的电压和电流分别进行傅里叶分析，得到电压和电流的基波幅值；

第一计算单元，用于依据基波幅值计算异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角；

第二计算单元，用于依据阻抗值和功率因数角，计算得到输入端阻抗的实部和虚部。

本发明提供了一种异步电机离线静态参数辨识装置，通过分两次分别向异步电机的定子绕组内输入不同频率的单相交流电流，并采集每次输入电流后异步电机输入端的电压和电流，进而依据采集的电压和电流计算异步电机的电机参数。可见，本发明只需要在定子绕组内输入电流，并采集电机输入端的电压和电流即可，不需要令电机旋转，电机轴处于抱紧或非抱紧的状态均可以使用，适用范围广，可靠性强。

本发明还提供了一种异步电机离线静态参数辨识设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如以上任一项的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。

以上的几种具体实施方式仅是本发明的优选实施方式，以上几种具体实施例可以任意组合，组合后得到的实施例也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，相关专业技术人员在不脱离本发明精神和构思前提下推演出的其他改进和变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种异步电机离线静态参数辨识方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对输入所述第一频率时或输入所述第二频率时采样的电压和电流进行傅里叶分析，得到一组所述异步电机输入端的阻抗的实部和虚部的过程具体为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据所述基波幅值计算所述异步电机输入端阻抗的阻抗值和功率因数角的过程具体为：

其中，在输入所述第一频率时，所述阻抗关系式为：

所述功率因数角关系式为：

在输入所述第二频率时，所述阻抗关系式为：

所述功率因数角关系式为：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述阻抗值和功率因数角，计算得到所述输入端阻抗的实部和虚部的过程具体为：

其中，在输入所述第一频率时，所述实部虚部关系式为：

在输入所述第二频率时，所述实部虚部关系式为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电机参数包括定、转子电阻、漏感和互感；所述依据输入所述第一频率和所述第二频率后计算得到的两组所述阻抗的实部和虚部，计算得到所述异步电机的电机参数的过程具体为：

所述中间变量关系式为：

所述参数关系式为：

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述单相交流电流为初始单相交流电流叠加直流电流后得到的。

7.一种异步电机离线静态参数辨识装置，其特征在于，包括：

8.一种异步电机离线静态参数辨识设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的异步电机离线静态参数辨识方法的步骤。