CN109412486B - 直线感应电机的转速观测方法 - Google Patents

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

本发明实施例公开了一种直线感应电机的转速观测方法，包括：第一构造步骤：基于MRAS速度观测方法构造直线感应电机的电压模型以及电流模型对应的磁链观测方程；第一转速获取步骤：根据所述电压模型和电流模型的输出经过转速自适应律获取观测的转速第二构造步骤：基于龙伯格观测器构造状态观测器作为直线感应电机的可调模型，将直线感应电机自身作为参考模型；第二转速获取步骤：根据可调模型及参考模型的输出经过转速自适应律运算获取观测的转速计算步骤：根据所观测的转速及转速计算得到最终的观测转速ω。本发明基于MRAS方法及龙伯格观测器经过转速自适应律获取观测的直线感应电机的转速信息，降低了边端效应的影响，进而提高了转速观测的精度。

Description

直线感应电机的转速观测方法
技术领域
本发明涉及直线感应电机技术领域，尤其涉及一种直线感应电机的转速观测方法。
背景技术
直线感应电机在工业中常常用于高温、高压、潮湿等恶劣的工作环境下，它对编码器的环境适应能力提出了极高的要求，因此无速度传感器控制策略的研究对拓广直线感应电机的应用范围意义重大。但与旋转感应电机不同，由于结构不闭合，直线感应电机中存在边端效应，该边端效应会降低电机整体效率，改变电机参数。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种直线感应电机的转速观测方法，以使降低边端效应的影响。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种直线感应电机的转速观测方法，包括：
第一构造步骤：基于MRAS速度观测方法构造直线感应电机的电压模型以及电流模型对应的磁链观测方程；
第一转速获取步骤：根据所述电压模型和电流模型的输出经过转速自适应律获取观测的转速
第二构造步骤：基于龙伯格观测器构造状态观测器作为直线感应电机的可调模型，将直线感应电机自身作为参考模型；
第二转速获取步骤：根据可调模型及参考模型的输出经过转速自适应律运算获取观测的转速
计算步骤：根据所观测的转速及转速计算得到最终的观测转速ω。
本发明实施例通过提出一种直线感应电机的转速观测方法，基于MRAS方法及龙伯格观测器经过转速自适应律获取观测的直线感应电机的转速信息，降低了边端效应的影响，进而提高了转速观测的精度。
附图说明
图1是本发明实施例的直线感应电机的转速观测方法的流程图。
图2是本发明实施例的转速的速度波形图。
图3是本发明实施例的转速的速度波形图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1，本发明实施例的直线感应电机的转速观测方法包括以下步骤。
第一构造步骤：基于MRAS速度观测方法构造直线感应电机的电压模型以及电流模型对应的磁链观测方程。
第一转速获取步骤：根据所述电压模型和电流模型的输出经过转速自适应律获取观测的转速
第二构造步骤：基于龙伯格观测器构造状态观测器作为直线感应电机的可调模型，将直线感应电机自身作为参考模型。
第二转速获取步骤：根据可调模型及参考模型的输出经过转速自适应律运算获取观测的转速
计算步骤：根据所观测的转速及转速计算得到最终的观测转速ω。例如，可采用求两者均值的方式转速ω。
作为一种实施方式，所述电压模型的磁链观测方程为：
所述电流模型的磁链观测方程为：
其中L′m＝[1-f(Q)]Lm，L′s＝L′m+Lls，L′r＝L′m+Llr，f(Q)＝(1-e-Q)/Q，Q＝Tv/Tr＝DRr/(Lm+Llr)v，Lm为定转子互感，Lls为定子电感，Llr为转子电感(次级漏感)，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，D为常数。
本发明实施例与传统的应用于旋转感应电机的MRAS方法不同，本发明实施例基于MRAS速度观测方法，考虑了直线感应电机的边端效应，引入了f(Q)因子，量化了边端效应的影响。由于系统的实现是离散的，设ωr k时刻表示由此时刻采样的us k和is k计算出的转子速度，本发明实施例的思想就是利用delay环节得到上一时刻的转速信息ωr k-1，并以此计算上一时刻的f(Q)值，即f(Q)k-1，随后将其代入电压模型以及电流模型对应的磁链观测方程，作为k时刻的电压模型和电流模型。值得注意的是，电压模型的磁链观测方程中也存在电机速度信息，因此电压模型也并非像旋转电机中的参考模型一样输出与速度无关。
作为一种实施方式，所述第一转速获取步骤中采用下式经过转速自适应律获取转速
作为一种实施方式，所述状态观测器为：
其中， u＝[usα usβ]T,C＝[I O]；I为相电流，Tr为转子电磁转矩，J为转动惯量。本发明实施例取直线感应电机的定子电流以及转子磁链作为状态变量，定子电流作为输出变量，构建状态观测器。
作为一种实施方式，所述第二转速获取步骤中采用下式经过转速自适应律运算获取观测的转速
其中，
本发明实施例构建李雅普诺夫函数它的首项是正定的，次项也恒定大于等于0，只需证明dV/dt负定即可。
可以看到，上式的首项可以通过设计G矩阵使其负定，只需要让第二项第三项和为零就可以使dV/dt负定，即
所以，
由于通常磁链观测的误差很小，可以忽略，所以只取首项，为了使响应速度更快，通常引入比例环节，可以得到转速自适应律：
示例：本发明实施例采用型号为Simulink/Matlab R2016b的仿真软件，仿真中的电机为交通用12000电机，电机具体参数如表1所示。仿真采用的控制方式为转速、电流双闭环的转子磁场定向矢量控制，给定电机转子磁链为6Wb，由给定磁链可以得到给定的d轴电流id *，iq *由速度给定值得到。
表1：直线感应电机参数
首先，本发明实施例仿真了该交通电机的梯形速度曲线，为了加快起动阶段的上升速度，负载由0N逐渐起动，随着速度上升增加至额定负载10500N，当速度稳定在额定速度后，给出减速信号，两种速度辨识方式的仿真过程如图2及图3。可以看到，相比传统的MRAS方法，本发明实施例的转速在高速时的稳态误差更小，转速与之类似，稳态时二者均有1％左右的稳态误差，观测得到的转子磁链角度也较为准确，进而使最终的观测转速ω更加准确，更加贴近真实转速(实际速度)。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (2)

1.一种直线感应电机的转速观测方法，其特征在于，包括：
第一构造步骤：基于MRAS速度观测方法构造直线感应电机的电压模型以及电流模型对应的磁链观测方程；
第一转速获取步骤：根据所述电压模型和电流模型的输出经过转速自适应律获取观测的转速
第二构造步骤：基于龙伯格观测器构造状态观测器作为直线感应电机的可调模型，将直线感应电机自身作为参考模型；
第二转速获取步骤：根据可调模型及参考模型的输出经过转速自适应律运算获取观测的转速
计算步骤：根据所观测的转速及转速计算得到最终的观测转速ω；
所述电压模型的磁链观测方程为：
所述电流模型的磁链观测方程为：
其中L′m＝[1-f(Q)]Lm，L′s＝L′m+Lls，L′r＝L′m+Llr，f(Q)＝(1-e-Q)/Q，Q＝Tv/Tr＝DRr/(Lm+Llr)v，Lm为定转子互感，Lls为定子电感，Llr为转子电感，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，D为常数；
所述状态观测器为：
其中， u＝[usα usβ]T,C＝[I O]；I为相电流，Tr为转子电磁转矩，J为转动惯量；
所述第二转速获取步骤中采用下式经过转速自适应律运算获取观测的转速
其中，
2.如权利要求1所述的直线感应电机的转速观测方法，其特征在于，所述第一转速获取步骤中采用下式经过转速自适应律获取转速
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