CN114386238A - 一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于异步电机控制系统的仿真模型构建技术领域，具体为一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括分别建立定子绕组温度热网络模型、转子绕组温度热网络模型和异步电机电气特性模型，对各模型进行离散化处理，选定热模型离散化运算步长为h1，选定电气特性模型离散化步长为h2，将定子、转子热网络模型放入CPU运行，将电气特性模型放入FPGA运行，实现CPU与FPGA之间的数据交互及同步。本发明提出了阻值随温度变化的热阻热容并联模型，用迭代运算解决了定转子损耗与温度之间的耦合问题，同时提出了针对该类包含慢过程与快过程刚性系统的同步交互方法，保证了仿真运算的精度。

Description

一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法

技术领域

本发明属于异步电机的仿真模型构建技术领域，涉及半实物仿真，具体为一种考虑温度变化的异步电机半实物仿真建模方法，为半实物仿真应用提供了一种更贴近实际的电机模型。

背景技术

半实物仿真是一种硬件在环仿真技术，通过快速建立被控对象或控制器仿真模型，对整个控制系统进行实时在线测试验证，可覆盖控制器产品全生命周期内的测试需求，尤其是电机缺相、短路、接地等许多真实试验环境无法验证的难题，在降低试验风险、节约成本的同时，大大缩短了产品开发周期，已经成为电机控制系统研发流程中不可或缺的重要环节。半实物仿真的精度主要取决于被控对象仿真模型的精度，仿真模型依据现有的等效数学方程搭建，而对于复杂的强耦合、非线性系统进行数学方程描述时往往会忽略一些本体结构、环境等因素的影响，与实际物理特性存在偏差，这就导致仿真模型搭建的不完善，也是影响半实物仿真精度的重要因素。

异步电机等效数学方程是研究异步电机动静态特性及其控制技术的理论基础，异步电机半实物仿真模型根据其数学方程建立。由于电机自身的复杂性，包括齿槽效应、磁路饱和、温度场效应等非线性因素，使得异步电机成为一个多变量、强耦合、非线性的高阶系统。为了简化电机模型及实现解耦控制，异步电机数学方程组通常转化到两相静止坐标系下，其电压矩阵方程为：

其磁链方程为：

此为电机统一理论，其核心在于线性变换，将复杂的非线性系统转换为具有常系数微分方程，而不考虑外部因素和特殊工况下的运行状态。使用此理论方程的前提假定条件是：电机结构对称；忽略磁饱和；忽略时间和空间谐波；忽略铁损、铜损等；忽略温度、湿度等环境因素的影响。

异步电机半实物模型使用电机统一理论数学方程搭建，表现为输入输出的线性变换关系，不能体现电机在运行过程中的参数变化特性，尤其是温度变化、磁饱和、转子时间常数等对电机参数的影响。所以，目前的异步电机半实物仿真模型不完善，不能解决电机运行过程中参数变化而引起的仿真结果与真实电机运行结果存在偏差的问题。

发明内容

本发明旨在解决目前的异步电机半实物仿真模型不完善，不能解决电机运行过程中参数变化而引起的仿真结果与真实电机运行结果存在偏差的技术问题，提供了一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法。

本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，包括以下步骤：

步骤一、建立定子绕组温度热网络模型：建立定子铁芯到电机机壳、电机机壳到环境温度两层热阻抗的电机定子温度热阻抗串联模型，设R_{x_c}、C_{x_c}分别是电机定子铁芯到电机机壳的热阻与热容，R_{c_s}、C_{c_s}分别是电机机壳到环境的热阻与热容，P_s为电机定子上产生的损耗功率，其等效为一个电流源；T_sx为定子绕组温度，T_s为环境温度，定子温度的时域模型表达式为：

式(3)中，τ_{c_s}和τ_{x_c}均为惯性时间，τ_{c_s}＝R_{c_s}×C_{c_s}，τ_{x_c}＝R_{x_c}×C_{x_c}，P_s(t)为电机定子铜耗功率，电机定子温度建模的方法主要是根据电机的发热机理，将热量在电机上的散热过程用热力学理论表达出来，在热力学理论中，选用热阻抗理论来描述定转子温度，步骤一中提出了考虑定子铁芯到电机机壳、电机机壳到环境温度两层热阻抗的电机定子温度热阻抗串联模型；在计算电机定子上产生的损耗之前，首先分析电机上的能量损耗，电机在带载运行过程中通常会产生铜耗、铁耗、杂散损耗、机械损耗等几种损耗，其中电机定子铁芯上产生的损耗主要为铜耗，故电机定子铜耗功率等同于电机定子铁芯上产生的损耗功率，电机定子铜耗功率P_s(t)的计算公式为：

P_s(t)＝3I_s(t)²×R_s(t) (4)，

式(4)中，I_s(t)为电机定子电流有效值，R_s(t)为电机定子电阻值，t为时间，从式(4)可以看出，电机定子上产生的热损耗是与流过的电流值和电阻值相关的，在计算中电流作为实时值是可以获取的；电机定子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(5)进一步将式(4)写为：

式(6)中，T_sb为冷态测量定子电阻值R_sb时的温度，T_sx(t)为定子电阻实时温度；

式(3)与式(6)组成了定子温度的时域模型，定子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算定子温度需要损耗值，计算损耗又需要定子温度值，实时定子电阻值采用式(5)即可计算；步骤一主要是通过计算电机定子温度，进而计算电子定子阻值R_s；

步骤二、建立转子绕组温度热网络模型，转子绕组的温度建模采用与定子绕组温度相同的建模方法：设T_rx为转子绕组温度，T_sx为定子绕组温度，R_{r_s}为转子绕组到定子绕组的热阻，C_{r_s}转子绕组到定子绕组的热容，对应步骤一，转子温度模型为：

式(7)中，P_r(t)为电机转子铜耗功率，惯性时间τ_{r_s}＝R_{r_s}×C_{r_s}；电机转子铜耗功率P_r(t)的计算公式为：

P_r(t)＝3I_r(t)²×R_r(t) (8)，

式(8)中，I_r(t)为电机转子电流有效值，R_r(t)为电机转子电阻值，t为时间；电机转子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(9)进一步将式(8)写为：

式(10)中，I_r为转子绕组上流过的电流有效值，T_rb为冷态测量转子绕组电阻值R_rb时的温度；步骤二主要是通过计算电机转子温度，进而计算电子转子阻值R_r；

式(7)与式(10)组成了转子温度的时域模型，转子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算转子温度需要损耗值，计算损耗又需要转子温度值，实时转子电阻值采用式(9)即可计算；

步骤三、构建异步电机电气模型，该电气模型属于现有模型，如背景技术中提到的内容：异步电机电气模型表达式为式(1)和式(2)所示；步骤三主要是异步电机在两相静止坐标下电压和磁链的运算；

步骤四、将步骤一、二中的电机定、转子绕组温度热网络模型和步骤三中的异步电机电气模型进行离散运算并实现数据同步交互：

电机定、转子绕组温度热网络模型是热模型，惯性较大，特性变化缓慢，而异步电机电气模型惯性较小，变化迅速，两种模型组成的系统属于刚性系统，为了准确进行离散运算，减少运算误差，节省运算资源，两部分模型分别以不同的运算步长计算，故需要进行同步数据交互；电机定、转子绕组温度热网络模型采用h1离散采样步长进行运算，异步电机电气模型采用h2离散采样步长进行运算，且h1是h2的整数倍，即h1＝n*h2，运算步长具体数值根据各部分模型的运算误差(包含截断误差及舍入误差)最小及运算量尽可能少来综合确定，h1和h2之间的约束主要是为了之后便于同步算法的实现；电机定、转子绕组温度热网络模型以h1为时间间隔向电气模型传递电机定子阻值R_s和电机转子阻值R_r，异步电机电气模型所引用的电阻值每间隔n个h2运算离散采样步长后更新一次，并以n个h2为时间间隔向电机定、转子绕组温度热网络模型传递电机定子电流I_s和电机转子电流I_r，其中异步电机电气模型每一运算步都计算过去h1时间段内的电机定、转子电流平均有效值，电机定子绕组温度热网络模型将电机定子电流I_s带入式(6)即可计算出电机定子铜耗功率P_s(t)，最终通过式(3)和式(5)计算出电机定子阻值R_s，电机转子绕组温度热网络模型将电机转子电流I_r带入式(10)即可计算出电机定子铜耗功率P_r(t)，最终通过式(7)和式(9)计算出电机定子阻值R_r，从而使电机定、转子绕组温度热网络模型和异步电机电气模型实现数据同步交互。

本发明针对温度引起的异步电机定、转子阻值的变化，提出了阻值随温度变化的热阻热容并联模型，用迭代运算解决了定转子损耗与温度之间的耦合问题，同时提出了针对该类包含慢过程与快过程刚性系统的同步交互方法，保证了仿真运算的精度。

优选的，步骤四中，电机定、转子电流平均有效值的计算公式分别为：

式(11)和(12)中，k对应于当前运算时刻，即以h2为时间间隔的第k步运算。这是为了电机定子电流I_s和电机转子电流I_r更加准确，使电机定、转子绕组温度热网络模型的各参数计算更加精确，进而更贴近实际中的电机运行状况。

优选的，电机定子绕组温度热网络模型相当于两个相串联的一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(13)中，ΔT_{sx_s}为定子绕组相对于环境的温升，ΔT_{sx_c}为定子绕组相对于电机机壳的温升，ΔT_{sc_s}为电机机壳相对于环境的温升；

电机转子绕组温度热网络模型相当于一个一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(14)中，ΔT_{rx_sx}为转子绕组到定子绕组的温升；

以h1为离散采样步长，将式(13)和式(14)采用Tustin法离散化为：

T_sx(k)＝ΔT_{sx_c}(k)+ΔT_{sc_s}(k)+T_s(k) (18)，

T_rx(k)＝ΔT_{rx_sx}(k)+T_sx(k) (19)。

优选的，步骤四中，将电机定、转子绕组温度热网络模型放入CPU运行，将异步电机电气模型放入FPGA中运行。通过上述离散化模型公式处理来实现CPU和FPGA编程。异步电机电气模型计算的平均电流有效值存储于FPGA的寄存器内，每h2的步长更新一次，并以n个h2为时间间隔向电机定、转子绕组温度热网络模型传递电机定子电流I_s和电机转子电流I_r。热模型每隔h1步长时间从FPGA的寄存器读取一次平均电流有效值，该方法能够保证CPU和FPGA之间数据交互及同步。

本发明的有益效果是：本发明针对温度引起的异步电机定、转子阻值的变化，提出了阻值随温度变化的热阻热容并联模型，用迭代运算解决了定转子损耗与温度之间的耦合问题，同时提出了针对该类包含慢过程与快过程刚性系统的同步交互方法，保证了仿真运算的精度；采用该模型描述影响异步电机控制输出的转子电阻变化，同时做转子温度的状态监测；采用该模型能研究更多的运行工况，得到全工况范围内的定转子温度模型，采用算法替代定子温度传感器，降低硬件成本；在半实物仿真平台模拟电机温升过程，为半实物仿真平台研究电机温度变化对控制系统的影响提供支撑，本专利提出的建模方法，不仅适用于异步电机，同样适用于永磁同步电机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明所述一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法中建立的异步电机模型示意图。

图2为本发明所述定子绕组温度热网络模型的结构示意图。

图3为本发明所述转子绕组温度热网络模型的结构示意图。

图4为本发明所述一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法中建立的异步电机模型在温升过程中的定子电阻值变化示意图。

图5为本发明所述一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法中建立的异步电机模型在温升过程中的定子损耗功率变化示意图。

图6为本发明所述一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法中计算的定子温度与试验所采实际温度的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1至图6对本发明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。

一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一、建立定子绕组温度热网络模型，如图2所示：建立定子铁芯到电机机壳、电机机壳到环境温度两层热阻抗的电机定子温度热阻抗串联模型，设R_{x_c}、C_{x_c}分别是电机定子铁芯到电机机壳的热阻与热容，R_{c_s}、C_{c_s}分别是电机机壳到环境的热阻与热容，P_s为电机定子上产生的损耗功率，其等效为一个电流源；T_sx为定子绕组温度，T_s为环境温度，定子温度的时域模型表达式为：

式(3)中，τ_{c_s}和τ_{x_c}均为惯性时间，τ_{c_s}＝R_{c_s}×C_{c_s}，τ_{x_c}＝R_{x_c}×C_{x_c}，P_s(t)为电机定子铜耗功率，电机定子温度建模的方法主要是根据电机的发热机理，将热量在电机上的散热过程用热力学理论表达出来，在热力学理论中，选用热阻抗理论来描述定转子温度，步骤一中提出了考虑定子铁芯到电机机壳、电机机壳到环境温度两层热阻抗的电机定子温度热阻抗串联模型；在计算电机定子上产生的损耗之前，首先分析电机上的能量损耗，电机在带载运行过程中通常会产生铜耗、铁耗、杂散损耗、机械损耗等几种损耗，其中电机定子铁芯上产生的损耗主要为铜耗，故电机定子铜耗功率等同于电机定子铁芯上产生的损耗功率，电机定子铜耗功率P_s(t)的计算公式为：

P_s(t)＝3I_s(t)²×R_s(t) (4)，

式(4)中，I_s(t)为电机定子电流有效值，R_s(t)为电机定子电阻值，t为时间，从式(4)可以看出，电机定子上产生的热损耗是与流过的电流值和电阻值相关的，在计算中电流作为实时值是可以获取的；电机定子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(5)进一步将式(4)写为：

式(6)中，T_sb为冷态测量定子电阻值R_sb时的温度，T_sx(t)为定子电阻实时温度；

式(3)与式(6)组成了定子温度的时域模型，定子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算定子温度需要损耗值，计算损耗又需要定子温度值，实时定子温度值采用式(5)即可计算；步骤一主要是通过计算电机定子温度，进而计算电子定子阻值R_s；步骤一提供了两个相互串联的一阶惯性模型，可以动态模拟异步电机运行过程中定子温度的变化；

步骤二、建立转子绕组温度热网络模型，如图3所示，转子绕组的温度建模采用与定子绕组温度相同的建模方法：设T_rx为转子绕组温度，T_sx为定子绕组温度，R_{r_s}为转子绕组到定子绕组的热阻，C_{r_s}转子绕组到定子绕组的热容，对应步骤一，转子温度模型为：

式(7)中，P_r(t)为电机转子铜耗功率，惯性时间τ_{r_s}＝R_{r_s}×C_{r_s}；电机转子铜耗功率P_r(t)的计算公式为：

P_r(t)＝3I_r(t)²×R_r(t) (8)，

式(8)中，I_r(t)为电机转子电流有效值，R_r(t)为电机转子电阻值，t为时间；电机转子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(9)进一步将式(8)写为：

式(10)中，I_r为转子绕组上流过的电流有效值，T_rb为冷态测量转子绕组电阻值R_rb时的温度；步骤二主要是通过计算电机转子温度，进而计算电子转子阻值R_r；

式(7)与式(10)组成了转子温度的时域模型，转子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算转子温度需要损耗值，计算损耗又需要转子温度值，实时转子电阻值采用式(9)即可计算；步骤二提供了一阶惯性模型，可以动态模拟异步电机运行过程中转子温度的变化；

步骤三、构建异步电机电气模型，该电气模型属于现有模型，如背景技术中提到的内容：异步电机电气模型表达式为式(1)和式(2)所示；步骤三主要是异步电机在两相静止坐标下电压和磁链的运算；

步骤四、将步骤一、二中的电机定、转子绕组温度热网络模型和步骤三中的异步电机电气模型进行离散运算并实现数据同步交互：

电机定、转子绕组温度热网络模型是热模型，惯性较大，特性变化缓慢，而异步电机电气模型惯性较小，变化迅速，两种模型组成的系统属于刚性系统，为了准确进行离散运算，减少运算误差，节省运算资源，故需要进行同步交互；电机定、转子绕组温度热网络模型采用h1离散采样步长进行运算，异步电机电气模型采用h2离散采样步长进行运算，且h1是h2的整数倍，即h1＝n*h2，运算步长具体数值根据各部分模型的运算误差(包含截断误差及舍入误差)最小及运算量尽可能少来综合确定，h1和h2之间的约束主要是为了之后便于同步算法的实现；电机定、转子绕组温度热网络模型以h1为时间间隔向电气模型传递电机定子阻值R_s和电机转子阻值R_r，异步电机电气模型所引用的电阻值每间隔n个h2运算离散采样步长后更新一次，并以n个h2为时间间隔向电机定、转子绕组温度热网络模型传递电机定子电流I_s和电机转子电流I_r，其中异步电机电气模型每一运算步都计算过去h1时间段内的电机定、转子电流平均有效值，电机定子绕组温度热网络模型将电机定子电流I_s带入式(6)即可计算出电机定子铜耗功率P_s(t)，最终通过式(3)和式(5)计算出电机定子阻值R_s，电机转子绕组温度热网络模型将电机转子电流I_r带入式(10)即可计算出电机定子铜耗功率P_r(t)，最终通过式(7)和式(9)计算出电机定子阻值R_r，从而使电机定、转子绕组温度热网络模型和异步电机电气模型实现数据同步交互；

其中，电机定、转子电流平均有效值的计算公式分别为：

式(11)和(12)中，k对应于当前运算时刻，即以h2为时间间隔的第k步运算；这是为了电机定子电流I_s和电机转子电流I_r更加准确，使电机定、转子绕组温度热网络模型的各参数计算更加精确，进而更贴近实际中的电机运行状况；

电机定子绕组温度热网络模型相当于两个相串联的一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(13)中，ΔT_{sx_s}为定子绕组相对于环境的温升，ΔT_{sx_c}为定子绕组相对于电机机壳的温升，ΔT_{sc_s}为电机机壳相对于环境的温升；

电机转子绕组温度热网络模型相当于一个一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(14)中，ΔT_{rx_sx}为转子绕组相对于定子绕组的温升；

以h1离散采样步长为基础，将电机定、转子绕组温度热网络模型放入CPU运行，将异步电机电气模型放入FPGA中运行，采用Tustin法对式(13)和式(14)进行离散化处理来实现模型编程，将式(13)和式(14)离散化为：

T_sx(k)＝ΔT_{sx_c}(k)+ΔT_{sc_s}(k)+T_s(k) (18)，

T_rx(k)＝ΔT_{rx_sx}(k)+T_sx(k) (19)，

离散化处理是为了便于计算机编程。异步电机电气模型计算的平均电流有效值存储于FPGA的寄存器内，每h2的步长更新一次，并以n个h2为时间间隔向电机定、转子绕组温度热网络模型传递电机定子电流I_s和电机转子电流I_r。步骤四提出了异步电机热模型与电气模型耦合的数学模型；提出了使用CPU处理器和FPGA联合建模方式，将电机热模型和电气动态模型分别置于CPU处理器和FPGA的解算模式，解决了刚性系统解算精度问题；提出了CPU模型与FPGA模型之间数据交互同步的方法；提出了热模型的离散迭代计算方法；提出了两部分模型运算步长的选择依据，以总运算误差(阶段误差和舍入误差)最小为准则。

采用上述方法对某型号电机进行建模，并以实际温升试验数据来验证所述模型的有效性。通过图4、图5和图6可以看出，本专利所述模型计算出的定子温度与试验所采数据非常吻合，验证了所述异步电机热特性与电气特性耦合模型的有效性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立定子绕组温度热网络模型：建立定子铁芯到电机机壳、电机机壳到环境温度两层热阻抗的电机定子温度热阻抗串联模型，设R_{x_c}、C_{x_c}分别是电机定子铁芯到电机机壳的热阻与热容，R_{c_s}、C_{c_s}分别是电机机壳到环境的热阻与热容，P_s为电机定子上产生的损耗功率，其等效为一个电流源；T_sx为定子绕组温度，T_s为环境温度，定子温度的时域模型表达式为：

式(3)中，τ_{c_s}和τ_{x_c}均为惯性时间，τ_{c_s}＝R_{c_s}×C_{c_s}，τ_{x_c}＝R_{x_c}×C_{x_c}，P_s(t)为电机定子铜耗功率，电机定子铁芯上产生的损耗主要为铜耗，故电机定子铜耗功率等同于电机定子铁芯上产生的损耗功率，电机定子铜耗功率P_s(t)的计算公式为：

P_s(t)＝3I_s(t)²×R_s(t) (4)，

式(4)中，I_s(t)为电机定子电流有效值，R_s(t)为电机定子电阻值，t为时间；电机定子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(5)进一步将式(4)写为：

式(6)中，T_sb为冷态测量定子电阻值R_sb时的温度，T_sx(t)为定子电阻实时温度；

式(3)与式(6)组成了定子温度的时域模型，定子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算定子温度需要损耗值，计算损耗又需要定子温度值，实时定子电阻值采用式(5)即可计算；

步骤二、建立转子绕组温度热网络模型：设T_rx为转子绕组温度，T_sx为定子绕组温度，R_{r_s}为转子绕组到定子绕组的热阻，C_{r_s}转子绕组到定子绕组的热容，对应步骤一，转子温度模型为：

式(7)中，P_r(t)为电机转子铜耗功率，惯性时间τ_{r_s}＝R_{r_s}×C_{r_s}；电机转子铜耗功率P_r(t)的计算公式为：

P_r(t)＝3I_r(t)²×R_r(t) (8)，

式(8)中，I_r(t)为电机转子电流有效值，R_r(t)为电机转子电阻值，t为时间；电机转子铜绕组的电阻值在运行过程中会随着温度的变化而变化，规律为：

根据式(9)进一步将式(8)写为：

式(10)中，I_r为转子绕组上流过的电流有效值，T_rb为冷态测量转子绕组电阻值R_rb时的温度；

式(7)与式(10)组成了转子温度的时域模型，转子温度的时域模型的特点在于温度模型与损耗模型之间存在耦合，计算转子温度需要损耗值，计算损耗又需要转子温度值，实时转子电阻值采用式(9)即可计算；

步骤三、构建异步电机电气模型：异步电机电气模型表达式为式(1)和式(2)所示；

步骤四、将步骤一、二中的电机定、转子绕组温度热网络模型和步骤三中的异步电机电气模型进行离散运算并实现数据同步交互：

电机定、转子绕组温度热网络模型采用h1离散采样步长进行运算，异步电机电气模型采用h2离散采样步长进行运算，且h1是h2的整数倍，即h1＝n*h2，电机定、转子绕组温度热网络模型以h1为时间间隔向电气模型传递电机定子阻值R_s和电机转子阻值R_r，异步电机电气模型所引用的电阻值每间隔n个h2运算离散采样步长后更新一次，并以n个h2为时间间隔向电机定、转子绕组温度热网络模型传递电机定子电流I_s和电机转子电流I_r，其中异步电机电气模型每一运算步都计算过去h1时间段内的电机定、转子电流平均有效值，电机定子绕组温度热网络模型将电机定子电流I_s带入式(6)即可计算出电机定子铜耗功率P_s(t)，最终通过式(3)和式(5)计算出电机定子阻值R_s，电机转子绕组温度热网络模型将电机转子电流I_r带入式(10)即可计算出电机定子铜耗功率P_r(t)，最终通过式(7)和式(9)计算出电机定子阻值R_r，从而使电机定、转子绕组温度热网络模型和异步电机电气模型实现数据同步交互。

2.根据权利要求1所述的一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，其特征在于，步骤四中，电机定、转子电流平均有效值的计算公式分别为：

式(11)和(12)中，k对应于当前运算时刻，即以h2为时间间隔的第k步运算。

3.根据权利要求2所述的一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，其特征在于，电机定子绕组温度热网络模型相当于两个相串联的一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(13)中，ΔT_{sx_s}为定子绕组相对于环境的温升，ΔT_{sx_c}为定子绕组相对于电机机壳的温升，ΔT_{sc_s}为电机机壳相对于环境的温升；

电机转子绕组温度热网络模型相当于一个一阶惯性模型，其S域传递函数表达为：

式(14)中，ΔT_{rx_sx}为转子绕组相对于定子绕组的温升；

以h1为离散采样步长，将式(13)和式(14)采用Tustin法离散化为：

T_sx(k)＝ΔT_{sx_c}(k)+ΔT_{sc_s}(k)+T_s(k) (18)，

T_rx(k)＝ΔT_{rx_sx}(k)+T_sx(k) (19)。

4.根据权利要求3所述的一种考虑温度变化的异步电机半实物建模方法，其特征在于，步骤四中，将电机定、转子绕组温度热网络模型放入CPU运行，将异步电机电气模型放入FPGA中运行。

Images