CN110875702B - 一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法 - Google Patents

一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法 Download PDF

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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
Figure DDA0002321182070000011
计算出电流型转子磁链
Figure DDA0002321182070000012
利用
Figure DDA0002321182070000013
与
Figure DDA0002321182070000014
的差值，作为参考自适应模型的输入，将
Figure DDA0002321182070000015
作为可调模型，
Figure DDA0002321182070000016
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
Figure DDA0002321182070000017
与
Figure DDA0002321182070000018
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Vsα、定子β轴电压Vsβ、定子α轴电流isα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链
Figure BDA0002321182050000021
6)利用电机转速信号ωm、定子α轴电流isα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链
Figure BDA0002321182050000022
7)利用电压型转子磁链
Figure BDA0002321182050000023
与电流型转子磁链
Figure BDA0002321182050000024
的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链
Figure BDA0002321182050000025
作为可调模型，电流型转子磁链
Figure BDA0002321182050000026
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
Figure BDA0002321182050000027
与电流型转子磁链
Figure BDA0002321182050000028
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isd *、转矩电流为isq *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，isd *为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，isq *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＝(Vsdisd+Vsqisq)，isd为定子d轴电流，isq为定子q轴电流，Vsd为定子d轴电压，Vsq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isd、定子q轴电流isq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isα isβ，再经过Park变换，得到isd，isq。
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Vsd、定子q轴电压Vsq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压Vu、Vv、Vw，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的Vsα、Vsβ，再经过Park变换得到Vsd，Vsq。
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＝∑(isd 2+isq 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：
Figure BDA0002321182050000031
Figure BDA0002321182050000032
为电机定子电流矢量，
Figure BDA0002321182050000033
为叉乘，kr为积分系数，
Figure BDA0002321182050000034
Irms为电机电流有效值，Ts为采样周期，Rs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isd *、转矩电流为isq *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，isd *为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，isq *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＝(Vsdisd+Vsqisq)，isd为定子d轴电流，isq为定子q轴电流，Vsd为定子d轴电压，Vsq为定子q轴电压。
定子d轴电流isd、定子q轴电流isq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isα isβ，再经过Park变换，得到isd，isq。
所述步骤2)中，定子d轴电压Vsd、定子q轴电压Vsq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压Vu、Vv、Vw，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的Vsα、Vsβ，再经过Park变换得到Vsd，Vsq。
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＝∑(isd 2+isq 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Vsα、定子β轴电压Vsβ、定子α轴电流isα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链
Figure BDA0002321182050000051
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：
Figure BDA0002321182050000052
Figure BDA0002321182050000053
6)利用电机转速信号ωm、定子α轴电流isα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链
Figure BDA0002321182050000054
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：
Figure BDA0002321182050000061
Figure BDA0002321182050000062
7)利用电压型转子磁销
Figure BDA0002321182050000063
与电流型转子磁销
Figure BDA0002321182050000064
的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链
Figure BDA0002321182050000065
作为可调模型，电流型转子磁销
Figure BDA0002321182050000066
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
Figure BDA0002321182050000067
与电流型转子磁销
Figure BDA0002321182050000068
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：
Figure BDA0002321182050000069
Figure BDA00023211820500000610
为电机定子电流矢量，
Figure BDA00023211820500000611
为叉乘，kr为积分系数，
Figure BDA00023211820500000612
Irms为电机电流有效值，Ts为采样周期，Rs为定子电阻值，t为时间。

Claims (6)

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牵引电机端，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异步牵引电机电流，并计算后5个周期内总的电流平方值的和∑I2；总的电流平方值的和∑I2计算公式为：
Figure FDA0003013619640000011
Figure FDA0003013619640000012
isd为定子d轴电流，isq为定子q轴电流；
4)利用总功率∑P和总的电流平方值的和∑I2计算出高频模式下异步牵引电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，将得到的定子电阻与转子电阻和初始值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)利用定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init、定子α轴电压Vsα、定子β轴电压Vsβ、定子α轴电流fsα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链
Figure FDA0003013619640000013
6)利用异步牵引电机转速信号ωm、定子α轴电流isα、定子β轴电流isβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链
Figure FDA0003013619640000014
7)利用电压型转子磁链
Figure FDA0003013619640000015
与电流型转子磁链
Figure FDA0003013619640000016
的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链
Figure FDA0003013619640000017
作为可调模型，电流型转子磁链
Figure FDA0003013619640000018
作为参考模型，参考自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新定子电阻值，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
Figure FDA0003013619640000019
与电流型转子磁链
Figure FDA00030136196400000110
的差值趋于零，此时计算出的定子电阻值作为准确真实值；
参考自适应模型的自适应律为积分型，即：
Figure FDA0003013619640000021
Figure FDA0003013619640000022
为异步牵引电机定子电流矢量，
Figure FDA0003013619640000023
为叉乘，kr为积分系数，
Figure FDA0003013619640000024
Irms为异步牵引电机电流有效值，Ts为采样周期，Rs为定子电阻值，t为时间。
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isd *、转矩电流为isq *的高频三相交流电到异步牵引电机端，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，其中固定频率F为异步牵引电机额定频率fr的4-6倍，励磁电流isd *为异步牵引电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，转矩电流isq *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＝(Vsdisd+Vsqisq)，Vsd为定子d轴电压，Vsq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isd、定子q轴电流isq的获得方式为：首先通过电流传感器采集异步牵引电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的定子α轴电流isα和定子β轴电流isβ，再经过Park变换，得到定子d轴电流isd和定子q轴电流isq。
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Vsd、定子q轴电压Vsq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压Vu、Vp、Vw，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的定子α轴电压Vsα和定子β轴电压Vsβ，再经过Park变换得到定子d轴电压Vsd和定子q轴电压Vsq。
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4)中，定子电阻与转子电阻和初始值Rsd用总功率∑P除以总的电流平方值的和∑I2得到，即Rsd＝∑P/∑I2。
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