CN110875702A - 一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：输出高频三相交流电到异步电机端；计算总功率；计算总电流的平方；计算Rsd，计算定子电阻自适应模型的初始值；计算出电压型转子磁链

计算出电流型转子磁链

利用

与

的差值，作为参考自适应模型的输入，将

作为可调模型，

作为参考模型，自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新阻值，然后再进行计算，整个过程不停使可调模型跟踪参考模型，直至

与

的偏差趋于零，此时计算出的定子电阻作为准确真实值。本发明采用自适应参考模型在线测试定子阻值，并将计算得到的结果，实时更新到矢量控制或直接转矩控制算法中，可以有效地保证电机控制策略的准确输出。

Description

一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法。

背景技术

在异步牵引电机控制过程中，电机的参数对控制系统的性能有很大的影响，尤其是电机的定子电阻，受到温度等因素的影响，具有不确定性和非线性等特点。而在异步牵引电机控制策略中，无论是采用矢量控制还是直接转矩控制等控制算法，均需要电机的定子电阻引入计算，若电机参数出现较大偏差，则会大大降低异步牵引电机的控制性能，甚至影响整个电传动系统的功能及稳定性。因此，需要对异步电机内部参数尤其是定子电阻进行测量，来实现对异步牵引电机的准确控制。

目前，现有技术中有关异步牵引电机参数辨识的方法，一般采用模型参考自适应，该方法通过输入与输出量间的偏差，不断调整更新模型中的参数，从而实现参数测量。这种方法在实践运算中，初始参数的输入很重要，若是偏差过大，则自适应计算过程达到稳定平衡状态耗时就长，还有就是参考模型及自适应模型的选取也很关键，都会影响整个控制过程。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、检测精度高的异步牵引电机定子电阻在线检测方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：

1)首先通过牵引变流器输出高频三相交流电到异步电机端，持续10个周期；

2)在高频模式下，计算后5个周期内的总功率∑P；

3)在此高频模式下，通过电流传感器测得电机电流，计算后5个周期内的总电流∑I，并计算总电流∑I的平方(∑I)²；

4)利用总功率∑P和总电流∑I的平方(∑I)²计算出高频模式下电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，将得到的Rsd减去转子电阻设计值Rr，即得定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init；

5)利用定子电阻初始值Rs_Init、定子α轴电压V_sα、定子β轴电压V_sβ、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链

6)利用电机转速信号ω_m、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链

7)利用电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链

作为可调模型，电流型转子磁链

作为参考模型，自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新阻值，然后再进行计算，整个过程不停使可调模型跟踪参考模型，直至电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的偏差趋于零，此时计算出的定子电阻作为准确真实值。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤1)中，牵引变流器输出固定频率为F、励磁电流为i_sd ^*、转矩电流为i_sq ^*的三相交流电到异步电机端，输出的U、V、W三相正弦大小相等，相位差120度，输出10个周期，其中F为异步电机额定频率fr的4-6倍，i_sd ^*为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，i_sq ^*为0。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，P＝(V_sdi_sd+V_sqi_sq)，i_sd为定子d轴电流，i_sq为定子q轴电流，V_sd为定子d轴电压，V_sq为定子q轴电压。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq的获得方式为：首先通过电流传感器采集电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的i_sα i_sβ，再经过Park变换，得到i_sd，i_sq。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，定子d轴电压V_sd、定子q轴电压V_sq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压V_u、V_v、V_w，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的V_sα、V_sβ，再经过Park变换得到V_sd，V_sq。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤3)中，总电流∑I的平方计算公式为：(∑I)²＝∑(i_sd ²+i_sq ²)。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤4)中，Rsd用总功率除以总电流的平方得到，即Rsd＝∑P/(∑I)²。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤7)中，参考自适应模型的自适应律为积分型，即：

为电机定子电流矢量，

为叉乘，kr为积分系数，

I_rms为电机电流有效值，T_s为采样周期，R_s为定子电阻值，t为时间。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用转子磁链来进行定子电阻的参数辨识，转子磁链模型简单计算量小，同时提高了准确度，初始转子磁链计算中的定子电阻采用高频模式获得，有效保证了自适应模型的准确性。

2、采用本发明，在对电机进行牵引转矩控制策略中，能够非常容易的嵌入该算法模块，而且利用牵引变流器本身，不需要额外的硬件成本。在每次变频器工作时，采用自适应参考模型在线测试定子阻值，并将计算得到的结果，实时更新到矢量控制或直接转矩控制算法中，可以有效地保证电机控制策略的准确输出。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：

1)首先通过牵引变流器输出高频三相交流电到异步电机端，持续10个周期。

牵引变流器输出固定频率为F、励磁电流为i_sd ^*、转矩电流为i_sq ^*的三相交流电到异步电机端，输出的U、V、W三相正弦大小相等，相位差120度，输出10个周期，其中F为异步电机额定频率fr的4-6倍，i_sd ^*为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，i_sq ^*为0。由于输出三相交流电的频率F非常高，其值远远大于电机额定频率，使得电机完全运行在硬特性领域之外。

2)在高频模式下，计算后5个周期内的总功率∑P；前5个周期由于是初始阶段，存在状态不稳采样误差等情况所以不做总和计算。P＝(V_sdi_sd+V_sqi_sq)，i_sd为定子d轴电流，i_sq为定子q轴电流，V_sd为定子d轴电压，V_sq为定子q轴电压。

定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq的获得方式为：首先通过电流传感器采集电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的i_sα i_sβ，再经过Park变换，得到i_sd，i_sq。

所述步骤2)中，定子d轴电压V_sd、定子q轴电压V_sq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压V_u、V_v、V_w，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的V_sα、V_sβ，再经过Park变换得到V_sd，V_sq。

3)在此高频模式下，通过电流传感器测得电机电流，计算后5个周期内的总电流∑I，并计算总电流∑I的平方(∑I)²；(∑I)²＝∑(i_sd ²+i_sq ²)。

4)利用总功率∑P和总电流∑I的平方(∑I)²计算出高频模式下电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，，Rsd用总功率除以总电流的平方得到，即Rsd＝∑P/(∑I)²。将得到的Rsd减去转子电阻设计值Rr，即得定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init。

5)利用定子电阻初始值Rs_Init、定子α轴电压V_sα、定子β轴电压V_sβ、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链

转子磁链电压模型是指电压型转子磁链的计算公式，计算公式为常用公式，如下：

6)利用电机转速信号ω_m、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链

转子磁链电流模型是指电流型转子磁链的计算公式，计算公式为常用公式，如下：

7)利用电压型转子磁销

与电流型转子磁销

的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链

作为可调模型，电流型转子磁销

作为参考模型，自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新阻值，然后再进行计算，整个过程不停使可调模型跟踪参考模型，直至电压型转子磁链

与电流型转子磁销

的偏差趋于零，此时计算出的定子电阻作为准确真实值。参考自适应模型的自适应律为积分型，即：

为电机定子电流矢量，

为叉乘，kr为积分系数，

I_rms为电机电流有效值，T_s为采样周期，R_s为定子电阻值，t为时间。

Claims (8)

1.一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：

1)首先通过牵引变流器输出高频三相交流电到异步电机端，持续10个周期；

2)在高频模式下，计算后5个周期内的总功率∑P；

3)在此高频模式下，通过电流传感器测得电机电流，计算后5个周期内的总电流∑I，并计算总电流∑I的平方(∑I)²；

4)利用总功率∑P和总电流∑I的平方(∑I)²计算出高频模式下电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，将得到的Rsd减去转子电阻设计值Rr，即得定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init；

5)利用定子电阻初始值Rs_Init、定子α轴电压V_sα、定子β轴电压V_sβ、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链

6)利用电机转速信号ω_m、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链

7)利用电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链

作为可调模型，电流型转子磁链

作为参考模型，自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新阻值，然后再进行计算，整个过程不停使可调模型跟踪参考模型，直至电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的偏差趋于零，此时计算出的定子电阻作为准确真实值。

2.根据权利要求1所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤1)中，牵引变流器输出固定频率为F、励磁电流为i_sd ^*、转矩电流为i_sq ^*的三相交流电到异步电机端，输出的U、V、W三相正弦大小相等，相位差120度，输出10个周期，其中F为异步电机额定频率fr的4-6倍，i_sd ^*为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，i_sq ^*为0。

3.根据权利要求1所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤2)中，P＝(V_sdi_sd+V_sqi_sq)，i_sd为定子d轴电流，i_sq为定子q轴电流，V_sd为定子d轴电压，V_sq为定子q轴电压。

4.根据权利要求3所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤2)中，定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq的获得方式为：首先通过电流传感器采集电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的i_sα i_sβ，再经过Park变换，得到i_sd，i_sq。

5.根据权利要求3所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤2)中，定子d轴电压V_sd、定子q轴电压V_sq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压V_u、V_v、V_w，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的V_sα、V_sβ，再经过Park变换得到V_sd，V_sq。

6.根据权利要求3所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤3)中，总电流∑I的平方计算公式为：(∑I)²＝∑(i_sd ²+i_sq ²)。

7.根据权利要求3所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤4)中，Rsd用总功率除以总电流的平方得到，即Rsd＝∑P/(∑I)²。

8.根据权利要求3所述的异步牵引电机定子电阻在线检测方法，其特征在于，所述步骤7)中，参考自适应模型的自适应律为积分型，即：

为电机定子电流矢量，

为叉乘，kr为积分系数，

I_rms为电机电流有效值，T_s为采样周期，R_s为定子电阻值，t为时间。

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