CN114844408A - 一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 - Google Patents
一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114844408A CN114844408A CN202210533595.1A CN202210533595A CN114844408A CN 114844408 A CN114844408 A CN 114844408A CN 202210533595 A CN202210533595 A CN 202210533595A CN 114844408 A CN114844408 A CN 114844408A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switched reluctance
- phase
- reluctance motor
- value
- sliding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
- H02P21/0007—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using sliding mode control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/08—Reluctance motors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明提出了一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,通过离线测量获取开关磁阻电机的磁链‑电流‑位置特性并以此构建数据查找表,根据当前转子位置、电机相电流信息,结合数据查找表获得电机磁链值,同时通过电压平衡方程和系统反馈回的预估的电机相电阻计算预估的电机磁链值,并构建滑模误差函数并进一步构建滑模辨识系统以实现对开关磁阻电机相电阻的准确辨识。仿真验证了所述方法的有效性,所述方法逻辑简单,实时性好,辨识精度高,对提高开关磁阻电机的适用性和调速性能有重要作用。
Description
技术领域
本发明属于电机控制领域,涉及一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法。
背景技术
开关磁阻电机因其结构坚固简单、易于制造、性能好、适应恶劣条件等特点,近年来受到广泛关注,在航空航天、家用电器、电动汽车等领域得到了越来越多的应用和推广。
由于开关磁阻电机本身双凸极结构的特殊性,以及磁路饱和、涡流、迟滞效应等产生的非线性,导致开关磁阻电机在运行时存在一定的转矩脉动。为了解决以上问题,学者提出用模型预测控制技术实现对开关磁阻电机的调速控制。模型预测控制技术具有结构简单、控制直接、鲁棒性好等特点。但开关磁阻电机的模型预测控制性能,易受模型参数的影响。在传统模型预测控制技术中,开关磁阻电机的相电阻被认为是固定不变的。但申请人在进行开关磁阻电机控制过程中发现,开关磁阻电机相电阻受温度因素影响较为严重,导致基于固定相电阻假设下的传统模型预测控制方法在控制精度上难以满足要求,要实现开关磁阻电机的高精度控制,提高开关磁阻电机的适用性和调速性能,就必须获得实时、准确的相电阻。
申请人进一步研究发现,相电阻变化可以用相绕组温度的变化来反映,因此可以通过温度传感器间接测量相电阻。但是温度传感器位置分布是否恰当会影响电阻值辨识的准确性,另外增加温度传感器也削弱了开关磁阻电机结构简单,适应恶劣条件的优良特性。因此有必要考虑如何在不增加额外传感器的前提下,准确并且实时的确定开关磁阻电机的相电阻,从而提升关磁阻电机的模型预测控制性能。
发明内容
为解决传统开关磁阻电机调速控制系统因电机相电阻阻值参数变化引起控制效果不佳的问题,本发明提出一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,在不增加额外温度传感器条件下,能够准确地在线预估开关磁阻电机的相电阻,使模型参数更加精确,提高了开关磁阻电机的适用性和调速性能。
本发明的技术方案为:
所述一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,包括以下步骤:
步骤1:获取开关磁阻电机磁链特性、电流特性和转子位置特性并构建数据表Ψph(iph,θ);其中θ为转子位置,iph为相电流,Ψph为相磁链值;
步骤2:采集开关磁阻电机在k时刻的相电流iph(k)和转子位置θ(k)值,并根据步骤1得到的数据表Ψph(iph,θ),获得开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k);
步骤3:利用在k-1时刻采集的开关磁阻电机相电压值uph(k-1)和相电流值iph(k-1),根据公式
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
计算开关磁阻电机相绕组k时刻的相磁链估计值Ψes(k);
其中Ψes(k)、Ts、iph(k-1)、Res(k-1)、uph(k-1)、Ψph(k-1)分别为估计的k时刻的相磁链值、系统采样时间、采集的k-1时刻的相电流值、反馈回的预估的k-1时刻的相绕组电阻值、采集的k-1时刻的相电压值、开关磁阻电机在k-1时刻的相磁链值;
步骤4:根据步骤2和步骤3得到的开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k)和预估的磁链值Ψes(k)构建滑模观测器误差函数er=Ψes(k)-Ψph(k);
步骤5:构建滑模观测器系统
式中Res(k)、kr、sgn分别为开关磁阻电机k时刻的预估相绕组电阻值、滑模观测器的增益值、符号函数,实现对相电阻的在线预估。
进一步的,步骤5中,滑模观测器的增益值kr>1。
进一步的,步骤5中,kp、ki的值分别为10、7。
有益效果
本发明首先克服了本领域在进行开关磁阻电机模型预测控制中认为相电阻固定不变的常规认识,提出需要实时获得开关磁阻电机相电阻,以提高开关磁阻电机的适用性和调速性能;进而指出采用增加传感器实时获得开关磁阻电机相电阻的方式所存在的不利性,因此提出了一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,无需增加传感器即可实现开关磁阻电机相电阻在线辨识,该方法逻辑简单、易于实现、实时性强,辨识误差小,能够实时准确获得开关磁阻电机相电阻,对提高开关磁阻电机适用性和调速性能有着重要作用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识系统原理框图。
图2为系统辨识的与实际的开关磁阻电机运行时相电阻的对比图(由于实际开关磁阻电机电阻变化曲线难以获得,这里采用的是理论仿真模型给出的电机电阻)。
图3为所述一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法的步骤流程图。
图4为系统辨识的与实际的开关磁阻电机运行时相电阻的误差图。
具体实施方式
针对传统开关磁阻电动机调速控制系统因电机相绕组阻值参数变化而引起系统控制效果不佳的问题,本发明提出了一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,能够实时准确获得开关磁阻电机相电阻,并且无需增加传感器,其具体实施步骤如下:
步骤1:获取开关磁阻电机磁链特性、电流特性和转子位置特性并构建数据表Ψph(iph,θ);其中θ为转子位置,iph为相电流,Ψph为相磁链值;
步骤2:采集开关磁阻电机在k时刻的相电流iph(k)和转子位置θ(k)值,并根据步骤1得到的数据表Ψph(iph,θ),获得开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k);
步骤3:将电机磁链值积分公式
离散化得到
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
从而利用在k-1时刻采集的开关磁阻电机相电压值uph(k-1)和相电流值iph(k-1),根据离散化公式
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
计算开关磁阻电机相绕组k时刻的相磁链估计值Ψes(k);
其中Ψes(k)、Ts、iph(k-1)、Res(k-1)、uph(k-1)、Ψph(k-1)分别为估计的k时刻的相磁链值、系统采样时间、采集的k-1时刻的相电流值、反馈回的预估的k-1时刻的相绕组电阻值、采集的k-1时刻的相电压值、开关磁阻电机在k-1时刻的相磁链值;
步骤4:根据步骤2和步骤3得到的开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k)和预估的磁链值Ψes(k)构建滑模观测器误差函数er=Ψes(k)-Ψph(k);
步骤5:构建滑模观测器系统
利用李雅普诺夫方程获得系统稳定性的条件:
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实例所用电机为一个1kW三相12/8极开关磁阻电机,按如图1所示的原理图进行电阻的在线辨识。
步骤1:通过转子固定夹持法获取开关磁阻电机磁链特性、电流特性和转子位置特性并构建数据表Ψph(iph,θ);其中θ为转子位置,iph为相电流,Ψph为相磁链值;
步骤2:采集开关磁阻电机在k时刻的相电流iph(k)和转子位置θ(k)值,并根据步骤1得到的数据表Ψph(iph,θ),获得开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k);
步骤3:将电机磁链值积分公式
离散化得到
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
从而利用在k-1时刻采集的开关磁阻电机相电压值uph(k-1)和相电流值iph(k-1),根据离散化公式
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
计算开关磁阻电机相绕组k时刻的相磁链估计值Ψes(k);
其中Ψes(k)、Ts、iph(k-1)、Res(k-1)、uph(k-1)、Ψph(k-1)分别为估计的k时刻的相磁链值、系统采样时间、采集的k-1时刻的相电流值、反馈回的预估的k-1时刻的相绕组电阻值、采集的k-1时刻的相电压值、开关磁阻电机在k-1时刻的相磁链值;
步骤4:根据步骤2和步骤3得到的开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k)和预估的磁链值Ψes(k)构建滑模观测器误差函数er=Ψes(k)-Ψph(k);
步骤5:构建滑模观测器系统
利用李雅普诺夫方程获得系统稳定性的条件:
图2显示了系统辨识的与实际的开关磁阻电机运行时相绕组电阻值,可以看出,系统辨识的电阻值稳定在实际电阻值附近,说明本发明提出的基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法能够实时地辨识开关磁阻电机实际运行时的相电阻。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:获取开关磁阻电机磁链特性、电流特性和转子位置特性并构建数据表Ψph(iph,θ);其中θ为转子位置,iph为相电流,Ψph为相磁链值;
步骤2:采集开关磁阻电机在k时刻的相电流iph(k)和转子位置θ(k)值,并根据步骤1得到的数据表Ψph(iph,θ),获得开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k);
步骤3:利用在k-1时刻采集的开关磁阻电机相电压值uph(k-1)和相电流值iph(k-1),根据公式
Ψes(k)=Ts[uph(k-1)-iph(k-1)Res(k-1)]+Ψph(k-1)
计算开关磁阻电机相绕组k时刻的相磁链估计值Ψes(k);
其中Ψes(k)、Ts、iph(k-1)、Res(k-1)、uph(k-1)、Ψph(k-1)分别为估计的k时刻的相磁链值、系统采样时间、采集的k-1时刻的相电流值、反馈回的预估的k-1时刻的相绕组电阻值、采集的k-1时刻的相电压值、开关磁阻电机在k-1时刻的相磁链值;
步骤4:根据步骤2和步骤3得到的开关磁阻电机在k时刻的相磁链值Ψph(k)和预估的磁链值Ψes(k)构建滑模观测器误差函数er=Ψes(k)-Ψph(k);
步骤5:构建滑模观测器系统
式中Res(k)、kr、sgn分别为开关磁阻电机k时刻的预估相绕组电阻值、滑模观测器的增益值、符号函数,实现对相电阻的在线预估。
4.根据权利要求3所述一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,其特征在于:步骤5中,滑模观测器的增益值kr>1。
6.根据权利要求5所述一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法,其特征在于:步骤5中,kp、ki的值分别为10、7。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210533595.1A CN114844408B (zh) | 2022-05-15 | 2022-05-15 | 一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210533595.1A CN114844408B (zh) | 2022-05-15 | 2022-05-15 | 一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114844408A true CN114844408A (zh) | 2022-08-02 |
CN114844408B CN114844408B (zh) | 2023-04-28 |
Family
ID=82570675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210533595.1A Active CN114844408B (zh) | 2022-05-15 | 2022-05-15 | 一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114844408B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040189239A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-09-30 | Islam Mohammad S. | Identification of parameters for switched reluctance electric machines |
US20140217944A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Texas Instruments Incorporated | Permanent magnet motor with sinusoidal back-emf waveform and related motor controller for position sensorless drives |
CN106160616A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-11-23 | 华中科技大学 | 一种电机定子电阻在线辨识方法 |
CN108233807A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 北京首钢国际工程技术有限公司 | 基于永磁体磁链滑模辨识的无差拍直接转矩控制方法 |
CN110011587A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-12 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多参数识别的永磁同步电机无传感器矢量控制方法 |
CN110138299A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-16 | 河南科技大学 | 基于转子电阻在线辨识的无轴承异步电机逆解耦控制系统 |
WO2021044325A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | Politecnico Di Torino | Method for sensorless estimating rotor position and rotor angular speed of a synchronous reluctance machine |
CN112886901A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-01 | 江苏大学 | 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器 |
-
2022
- 2022-05-15 CN CN202210533595.1A patent/CN114844408B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040189239A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-09-30 | Islam Mohammad S. | Identification of parameters for switched reluctance electric machines |
US20140217944A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Texas Instruments Incorporated | Permanent magnet motor with sinusoidal back-emf waveform and related motor controller for position sensorless drives |
CN106160616A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-11-23 | 华中科技大学 | 一种电机定子电阻在线辨识方法 |
CN108233807A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 北京首钢国际工程技术有限公司 | 基于永磁体磁链滑模辨识的无差拍直接转矩控制方法 |
CN110011587A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-12 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多参数识别的永磁同步电机无传感器矢量控制方法 |
CN110138299A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-16 | 河南科技大学 | 基于转子电阻在线辨识的无轴承异步电机逆解耦控制系统 |
WO2021044325A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | Politecnico Di Torino | Method for sensorless estimating rotor position and rotor angular speed of a synchronous reluctance machine |
CN112886901A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-01 | 江苏大学 | 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
M. S. ZAKY ET AL.: "Speed and stator resistance identification schemes for a low speed sensorless induction motor drive" * |
曹晓月 等: "改进定子电阻辨识的滑模观测器PMSM无传感器控制" * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114844408B (zh) | 2023-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Erazo et al. | Improved fusion of permanent magnet temperature estimation techniques for synchronous motors using a Kalman filter | |
CN109194229A (zh) | 一种基于转矩闭环的永磁同步电机mtpa控制系统及方法 | |
CN110729941A (zh) | 内置式永磁同步电机的控制方法 | |
CN110784144B (zh) | 内置式永磁同步电机的改进控制方法 | |
Zwerger et al. | Using a bivariate polynomial in an EKF for state and inductance estimations in the presence of saturation effects to adaptively control a PMSM | |
CN112821834B (zh) | 一种永磁同步电机的在线参数辨识方法和装置 | |
CN105024612A (zh) | 一种基于参数辨识的电机电流控制方法及系统 | |
CN112054731B (zh) | 一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法 | |
CN112083349B (zh) | 一种永磁同步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法 | |
CN114844408B (zh) | 一种基于滑模观测器的开关磁阻电机相电阻在线辨识方法 | |
CN108649849B (zh) | 一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法 | |
Moussa et al. | Adaptive control and one-line identification of sensorless permanent magnet DC motor | |
CN108155841B (zh) | 一种感应电机的无位置传感器速度估算方法 | |
Salvatore et al. | Improved rotor speed estimation using two Kalman filter-based algorithms | |
Qi et al. | Precise field oriented torque control of induction machines using thermal model based resistance adaption | |
KR100422204B1 (ko) | 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법 | |
CN112202382A (zh) | 一种基于运行数据的永磁同步电机参数获取方法 | |
Niewiara et al. | Practical approach for identification and dynamic modeling of reluctance synchronous motors’ electrical circuit | |
CN115473470B (zh) | 带有磁链观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 | |
Yousfi et al. | Comparison of two position and speed estimation techniques used in PMSM sensorless vector control | |
CN110611473A (zh) | 用于确定转子的温度的方法和设备 | |
CN112234888B (zh) | 一种用于电机的电流辨识方法、电机控制器及车辆 | |
CN110149082B (zh) | 一种电机三相电感不对称情况下的无位置传感器控制方法 | |
CN117856691B (zh) | 一种永磁同步电机鲁棒模型预测速度控制方法 | |
CN116317790A (zh) | 一种表贴式永磁同步电机电磁参数满秩辨识方法及系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |