RU2771794C1 - Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system - Google Patents

Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system Download PDF

Info

Publication number
RU2771794C1
RU2771794C1 RU2021121883A RU2021121883A RU2771794C1 RU 2771794 C1 RU2771794 C1 RU 2771794C1 RU 2021121883 A RU2021121883 A RU 2021121883A RU 2021121883 A RU2021121883 A RU 2021121883A RU 2771794 C1 RU2771794 C1 RU 2771794C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
value
time constant
asynchronous motor
current
Prior art date
Application number
RU2021121883A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Байда
Игорь Олегович Журов
Original Assignee
Общество с ограниченной отвественностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжинириговый центр "Русэлпром")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной отвественностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжинириговый центр "Русэлпром") filed Critical Общество с ограниченной отвественностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" (ООО "Инжинириговый центр "Русэлпром")
Application granted granted Critical
Publication of RU2771794C1 publication Critical patent/RU2771794C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electric motors controlling methods.
SUBSTANCE: invention relates to a method for controlling electric motors using vector control. The method for identifying the time constant Tr of the rotor of an induction motor in the system of vector field-oriented control consists in setting the initial values ​​of the time constant Tr of the rotor and current Id, then at least two times different values ​​of the current Iq are set, at which the torque on the shaft of the asynchronous motor is measured, fix at a given moment of time, the values ​​of the angular frequency of rotation of the rotor, the magnetic flux and the load on the rotor, and taking into account these parameters, the change in the torque-generating current component Iq is fixed, which will correspond to the new value of Iq1, as well as the value of the electromagnetic torque M1. Further, when the load on the shaft of the asynchronous motor changes, a new value of Iq2 is also recorded, as well as a new value of the electromagnetic torque M2. Next, the ratios of currents KI and the ratios of moments KM are calculated according to the equations, where KI=Iq2/Iq1 and KM=M2/M1, the condition is checked under which KI=KM. The asynchronous motor is controlled at the value of the time constant Tr of the rotor, at which the condition KI=KM is fulfilled.
EFFECT: improving the field orientation accuracy of the vector control system for an asynchronous motor.
1 cl, 2 tbl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к управлению электроприводом на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, и может быть использовано в системах управления асинхронными электроприводами транспортных средств.The present invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the control of an electric drive based on an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, and can be used in control systems for asynchronous electric drives of vehicles.

Сегодня электроприводы, построенные на базе асинхронной машины (AM) с применением векторного управления при ориентации по вектору потокосцепления ротора (в зарубежной литературе - "Field-oriented Control"), получили достаточно широкое применение в разных электромеханических установках с высокими требованиями к показателям регулирования в статике и динамике.Today, electric drives built on the basis of an asynchronous machine (AM) using vector control with orientation along the rotor flux vector (in foreign literature - "Field-oriented Control") have received a fairly wide application in various electromechanical installations with high requirements for control indicators in static and dynamics.

Алгоритм векторного управления предполагает разделение вектора тока статора I на две составляющие - потокообразующую Id и моментообразующую Iq, которые являются проекциями вектора тока на оси вращающейся ортогональной системы координат d-q, ориентированной по вектору потокосцепления ротора ψr. Следует отметить, что именно такой принцип ориентации дает возможность раздельно управлять составляющими тока статора AM, иными словами - раздельно управлять магнитным потоком и электромагнитным моментом машины. Принцип векторного управления на сегодняшний день подробно описан как в отечественной, так и зарубежной научной и профессиональной литературе.The vector control algorithm assumes the division of the stator current vector I into two components - the flux-forming Id and the torque-forming Iq, which are projections of the current vector on the axes of the rotating orthogonal coordinate system d-q, oriented along the vector of the rotor flux linkage ψr. It should be noted that it is this orientation principle that makes it possible to separately control the components of the stator current AM, in other words, to separately control the magnetic flux and the electromagnetic moment of the machine. The principle of vector control today is described in detail both in domestic and foreign scientific and professional literature.

Вместе с тем, асинхронная машина, как объект управления, обладает такими свойствами как нелинейность и нестационарность.At the same time, an asynchronous machine, as a control object, has such properties as non-linearity and non-stationarity.

Нелинейность AM обусловлена тем фактом, что в дифференциальные уравнения, математически описывающие электрическую машину, входят слагаемые, пропорциональные произведению переменных состояния (токов, потокосцеплений и частоты вращения). В литературе такие компоненты, как правило, называются перекрестными связями.The non-linearity of AM is due to the fact that the differential equations that mathematically describe an electric machine include terms proportional to the product of the state variables (currents, flux links and rotational speed). In the literature, such components are usually referred to as crosslinks.

Значительно снизить влияние перекрестных связей, как правило, удается за счет введения в структуру системы управления (СУ) блока компенсации перекрестных связей.As a rule, it is possible to significantly reduce the influence of cross-links by introducing a block for compensating cross-links into the structure of the control system (CS).

Нестационарность AM обусловлена варьированием параметров обмоток из-за влияния различных факторов. Так, например, активные сопротивления статора и ротора машины меняются как вследствие нагрева обмоток, так и из-за поверхностного эффекта (скин-эффект). Взаимная индуктивность в наибольшей степени зависит от магнитного потока машины, но также может коррелировать с частотой вращения (как правило, в значительно меньшей мере). Такие параметры электрической машины (ЭМ), как индуктивности рассеяния статора и ротора, достаточно малы в соотношении с величиной взаимной индуктивности, поэтому их можно принять константами.The non-stationarity of AM is due to the variation of the parameters of the windings due to the influence of various factors. So, for example, the active resistances of the stator and rotor of the machine change both due to heating of the windings and due to the surface effect (skin effect). Mutual inductance is most dependent on machine flux, but can also be correlated with RPM (typically to a much lesser degree). Such parameters of an electrical machine (EM), as the leakage inductance of the stator and rotor, are quite small in relation to the magnitude of the mutual inductance, so they can be taken as constants.

В то же время, для качественного регулирования составляющих статорного тока по продольной и поперечной осям, СУ должна иметь достоверную информацию о текущих параметрах AM в процессе работы.At the same time, for the qualitative regulation of the components of the stator current along the longitudinal and transverse axes, the control system must have reliable information about the current parameters of AM during operation.

Объясняется это тем, что СУ, среди прочих, включает в себя блок определения (идентификации или расчета) параметров вектора потокосцепления ротора, а именно - его модуля и угла поворота. Этот блок выполняет одну из ключевых функций в структуре системы векторного управления, т.к. сигнал угла поворота вектора потокосцепления участвует в преобразовании координат (переход из трехфазной неподвижной в двухфазную вращающуюся), а сигнал модуля данного вектора участвует в системе управления для формирования заданного электромагнитного момента, а также для обратной связи контура регулирования потокосцепления.This is explained by the fact that the control system, among others, includes a block for determining (identifying or calculating) the parameters of the rotor flux vector, namely, its module and angle of rotation. This block performs one of the key functions in the structure of the vector control system, since the signal of the angle of rotation of the flux linkage vector is involved in the transformation of coordinates (transition from three-phase stationary to two-phase rotating), and the signal of the module of this vector is involved in the control system to form a given electromagnetic torque, as well as for feedback of the flux linkage control loop.

В настоящее время вышеуказанные величины определяются косвенным (бездатчиковым) способом, а не прямым (посредством датчика). В свою очередь, структура блока определения параметров вектора потокосцепления строится на базе части математического описания AM. Чаще всего за основу берутся уравнения роторной цепи ЭМ при ее математическом описании в ортогональной системе координат d-q. Эти уравнения содержат, в частности, такие параметры ЭМ, как взаимная индуктивность статора и ротора Lm, а также зависящая от нее постоянная времени ротора Тr.At present, the above quantities are determined indirectly (sensorless) rather than directly (sensor). In turn, the structure of the block for determining the parameters of the flux vector is built on the basis of a part of the mathematical description AM. Most often, the equations of the EM rotor circuit are taken as a basis for its mathematical description in the orthogonal coordinate system d-q. These equations contain, in particular, such EM parameters as the mutual inductance of the stator and rotor Lm, as well as the time constant of the rotor Tr that depends on it.

Процесс получения информации о вышеуказанных параметрах AM называется идентификацией (или определением, оценкой). Существуют разные способы идентификации параметров обмоток электрических машин, в частности, асинхронных, которые условно можно поделить на два типа:The process of obtaining information about the above AM parameters is called identification (or determination, evaluation). There are different ways to identify the parameters of the windings of electrical machines, in particular, asynchronous ones, which can be conditionally divided into two types:

1) идентификация в режиме online (в процессе штатной работы электромеханической установки);1) online identification (during the normal operation of the electromechanical installation);

2) предварительная идентификация.2) preliminary identification.

Первый тип идентификации (в online-режиме), как правило, связан с применением поисковых динамически изменяемых алгоритмов непосредственно в процессе работы (эксплуатации) электропривода. Главным преимуществом таких алгоритмов является отсутствие необходимости в каких-либо предварительных процедурах, а недостатками - сложность их синтеза и необходимость в выделении дополнительных энергетических и вычислительных ресурсов управляющего контроллера.The first type of identification (in online mode), as a rule, is associated with the use of dynamically changing search algorithms directly in the process of operation (operation) of the electric drive. The main advantage of such algorithms is the absence of the need for any preliminary procedures, and the disadvantages are the complexity of their synthesis and the need to allocate additional energy and computing resources of the control controller.

Второй тип, как понятно из названия, основан на процедуре предварительной идентификации параметров с применением, как правило, последующей обработки результатов и включение их в алгоритм управления в виде справочных таблиц (в иностранной литературе распространен термин-"Lookup Table") или в виде степенных полиномиальных зависимостей, для дальнейшего использования в процессе штатной работы. Главное преимущество такого способа - однократное проведение процедуры идентификации с последующим применением ее результатов.The second type, as the name implies, is based on the procedure for preliminary identification of parameters using, as a rule, subsequent processing of the results and their inclusion in the control algorithm in the form of lookup tables (the term "Lookup Table" is common in foreign literature) or in the form of power polynomial dependencies, for further use in the process of regular work. The main advantage of this method is a single identification procedure with subsequent application of its results.

Так, например, из уровня техники известен способ идентификации постоянной времени для ротора асинхронного двигателя (см. патентный документ CN 107896079, опубл. 10.04.2018). Данный способ относится ко второму типу идентификации. Известный способ основан на построении модели формирования потока ротора и имеет достаточно сложный алгоритм определения постоянной времени.So, for example, a method for identifying the time constant for the rotor of an induction motor is known from the prior art (see patent document CN 107896079, publ. 04/10/2018). This method belongs to the second type of identification. The known method is based on the construction of a rotor flux formation model and has a rather complex algorithm for determining the time constant.

В настоящей заявке также описан способ, относящийся ко второму типу идентификации. Такой способ предполагает наличие некоторого набора программных и аппаратных средств, а также требует выполнения некоторой последовательности действий (алгоритма), что описано в настоящей заявке. Данный алгоритм осуществляется с применением аппаратных средств с соответствующим программным обеспечением (ПО), которое реализует его выполнение.The present application also describes a method related to the second type of identification. This method assumes the presence of a certain set of software and hardware, and also requires the execution of a certain sequence of actions (algorithm), which is described in this application. This algorithm is implemented using hardware with appropriate software (software) that implements its implementation.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении точности ориентации поля системы векторного управления асинхронным двигателем за счет определения постоянной времени ротора с высокой степенью точности.The technical result to be achieved by the proposed technical solution is to increase the accuracy of field orientation of the vector control system of an asynchronous motor by determining the time constant of the rotor with a high degree of accuracy.

Заявленный технический результат достигается созданием способа идентификации постоянной времени Тr ротора асинхронного двигателя в системе векторного полеориентированного управления, заключающегося в том, что осуществляют выполнение следующих этапов:The claimed technical result is achieved by creating a method for identifying the time constant T r of the rotor of an induction motor in a vector field-oriented control system, which consists in performing the following steps:

a) задают начальное значение постоянной времени Тr ротора в блоке оценки потокосцепления ротора и начальное значение тока Id, далее не менее двух раз задаются разные значения тока Iq, при которых измеряется момент на валу асинхронного двигателя;a) set the initial value of the time constant T r of the rotor in the block for evaluating the rotor flux linkage and the initial value of the current I d , then at least two times different values of the current I q are set, at which the torque on the shaft of the asynchronous motor is measured;

b) фиксируют в заданный момент времени значения угловой частоты вращения ротора, магнитного потока и нагрузки на роторе, и с учетом этих параметров фиксируют изменение моментообразующей составляющей тока Iq, которая будет соответствовать новому значению Iq1, а также значение электромагнитного момента М, который будет соответствовать новому значению M1, при этом устанавливают, что параметры Iq1 и M1 соответствуют параметрам работы асинхронного двигателя в первой рабочей точке, далее при изменении нагрузки на валу асинхронного двигателя также фиксируют изменение Iq, которая будет соответствовать новому значению Iq2, а также значение электромагнитного момента М, который будет соответствовать новому значению М2, с учетом данных параметров фиксируют переход работы асинхронного двигателя в новую рабочую точку;b) fix at a given moment of time the values of the angular frequency of rotation of the rotor, the magnetic flux and the load on the rotor, and taking into account these parameters, fix the change in the torque-generating current component I q , which will correspond to the new value Iq 1 , as well as the value of the electromagnetic torque M, which will be correspond to the new value M 1 , at the same time it is established that the parameters Iq 1 and M 1 correspond to the parameters of the operation of the asynchronous motor at the first operating point, then when the load on the shaft of the asynchronous motor changes, the change in I q is also fixed, which will correspond to the new value Iq 2 , and also the value of the electromagnetic moment M, which will correspond to the new value of M 2 , taking into account these parameters, the transition of the operation of the induction motor to a new operating point is fixed;

c) далее запускают процесс вычисления соотношения токов KI и соотношения моментов КM в разных рабочих точках согласно уравнениям, где KI=Ig2/Ig1 и КM2/M1;c) then start the process of calculating the ratio of currents K I and the ratio of moments K M at different operating points according to the equations, where K I =Ig 2 /Ig 1 and K M =M 2 /M 1 ;

d) далее осуществляют проверку выполнения условия, при котором отношение токов должно быть равно отношению моментов, а именно KIM;d) further check the fulfillment of the condition under which the ratio of currents must be equal to the ratio of moments, namely K I =K M ;

e) если условие по этапу d) не выполняется, осуществляют корректировку выбранного значения постоянной времени Тr путем ее увеличения или уменьшения и повторяют этапы a)-d) до тех пор, пока условие KIM не будет выполняться;e) if the condition in step d) is not met, the selected value of the time constant T r is adjusted by increasing or decreasing it and repeating steps a)-d) until the condition K I =K M is met;

f) осуществляют управление асинхронным двигателем при таком значении постоянной времени Тr ротора, которое привело к выполнению условия KIM.f) carry out control of the asynchronous motor at such a value of the time constant T r of the rotor, which led to the fulfillment of the condition K I =K M .

Совокупность всех указанных выше признаков направлена на повышение точности ориентации поля системы векторного управления асинхронным двигателем за счет определения постоянной времени ротора с высокой степенью точности.The combination of all the above features is aimed at improving the accuracy of field orientation of the vector control system of an asynchronous motor by determining the time constant of the rotor with a high degree of accuracy.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1. Функциональная схема установки для проведения процедуры автоматической идентификации параметров.Fig. 1. Functional diagram of the installation for carrying out the procedure for automatic identification of parameters.

Фиг.2. Базовая структура системы управления.Fig.2. Basic structure of the control system.

Фиг. 3. Схема алгоритма идентификации параметров.Fig. 3. Scheme of the parameter identification algorithm.

Описание идеи, положенной в основу предлагаемого способа идентификации постоянной времени ротора.Description of the idea underlying the proposed method for identifying the rotor time constant.

Рассмотрим уравнения Парка-Горева роторной цепи AM при векторном полеориентированном управлении (1) без учета потерь в стали, которые берутся за основу для оценивания модуля и угла поворота вектора потокосцепления ротора:Let us consider the Park-Gorev equations of the rotor circuit AM with vector field-oriented control (1) without taking into account losses in steel, which are taken as the basis for estimating the modulus and the angle of rotation of the rotor flux vector:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Id, Iq - составляющие тока статора по осям d и q соответственно (или потокообразующий и моментообразующий токи); ψ - модуль вектора потокосцепления (далее - потокосцепление) ротора; Lm - взаимная индуктивность статора и ротора; Tr=Lr/Rr - постоянная времени ротора; Lr=L+Lm - полная индуктивность ротора; L - индуктивность рассеяния ротора; Rr - активное сопротивление ротора; zp - число пар полюсов; ω - механическая угловая частота вращения ротора.where I d , I q - components of the stator current along the axes d and q, respectively (or flux-forming and torque-forming currents); ψ - the module of the flux linkage vector (hereinafter referred to as the flux linkage) of the rotor; L m - mutual inductance of the stator and rotor; T r =L r /R r - time constant of the rotor; L r =L +L m is the total inductance of the rotor; L - leakage inductance of the rotor; R r - active resistance of the rotor; z p - number of pairs of poles; ω - mechanical angular frequency of rotation of the rotor.

Известно также, что электромагнитный момент на валу AM при векторном управлении вычисляется по формуле (2):It is also known that the electromagnetic torque on the shaft AM with vector control is calculated by formula (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

В статическом режиме работы AM производную потокосцепления можно считать равной нулю. Тогда потокосцепление будет пропорционально потокообразующему току через параметр взаимной индуктивности. С учетом этого, выражение для частоты вращения вектора потокосцепления ротора (или системы координат d-q) в статическом режиме также преобразуется. Система уравнений (1) для работы AM в статике примет вид (3):In the static mode of operation of AM, the derivative of the flux linkage can be considered equal to zero. Then the flux linkage will be proportional to the flux-forming current through the mutual inductance parameter. With this in mind, the expression for the rotational speed of the rotor flux vector (or d-q coordinate system) in static mode is also transformed. The system of equations (1) for AM operation in statics will take the form (3):

Figure 00000003
Figure 00000003

Во втором уравнении системы (3) второе слагаемое называется частотой скольжения вектора потокосцепления ротора.In the second equation of system (3), the second term is called the slip frequency of the rotor flux vector.

При этом электромагнитный момент в статическом режиме, исходя из (2) и с учетом первого уравнения (3), рассчитывается по уравнению (4):In this case, the electromagnetic torque in the static mode, based on (2) and taking into account the first equation (3), is calculated according to equation (4):

Figure 00000004
Figure 00000004

На базе уравнений (3) и (4) формируется идея идентификации постоянной времени ротора, которая заключается в следующем. При некотором фиксированном значении потока машины (в статическом режиме эквивалентно потокообразующему току Id), изменение моментообразующей составляющей тока Iq приведет к пропорциональному изменению момента на валу машины в том случае, если ось d системы координат d-q сориентирована точно по вектору потокосцепления ротора. В свою очередь, точной ориентации СК d-q можно добиться, определив постоянную времени ротора с высокой степенью точности, а также точно измерив частоту вращения ротора (например, с помощью датчика).Based on equations (3) and (4), the idea of identifying the time constant of the rotor is formed, which is as follows. At a certain fixed value of the machine flux (in static mode, it is equivalent to the flux-generating current I d ), a change in the torque-generating current component I q will lead to a proportional change in the moment on the machine shaft if the axis d of the coordinate system dq is oriented exactly along the vector of the rotor flux linkage. In turn, the exact orientation of the SC dq can be achieved by determining the time constant of the rotor with a high degree of accuracy, as well as accurately measuring the rotor speed (for example, using a sensor).

При этом следует исходить из условия, что в статическом режиме работы нет взаимного влияния составляющих тока статора (Id и Iq).In this case, one should proceed from the condition that in the static mode of operation there is no mutual influence of the components of the stator current (I d and I q ).

Диапазон изменения токов Id и Iq выбирается следующим образом. Обычно для машины приводится диапазон изменения статорного тока, при котором она должна работать (с учетом перегрузки). Известно, что полный статорный ток равен

Figure 00000005
.The range of currents I d and I q is selected as follows. Typically, a machine is given a range of stator current changes in which it must operate (taking into account overload). It is known that the total stator current is
Figure 00000005
.

При этом доля тока Id ориентировочно составляет 1/3, а тока Iq - 2/3. Хотя данное соотношение является сугубо ориентировочным, все же оно позволяет подобрать нужные величины для проведения идентификации.In this case, the proportion of the current I d is approximately 1/3, and the current I q - 2/3. Although this ratio is purely indicative, it still allows you to choose the right values for identification.

Итак, зная максимально возможный ток статора можно рассчитать максимальные значения токов Id, Iq:

Figure 00000006
Figure 00000007
.So, knowing the maximum possible stator current, you can calculate the maximum values of the currents I d , I q :
Figure 00000006
Figure 00000007
.

Величину минимального тока Id рекомендуется выбирать как 10% от максимального значения, или выбирать исходя их минимально возможного тока Id, если таковой известен. Шаг, или приращение, с которым будет инкрементироваться ток Id в ходе процедуры идентификации, также рекомендуется выбирать как 10% от максимума, что обеспечит 10 точек полученных табличных зависимостей постоянной времени и взаимной индуктивности.The value of the minimum current Id is recommended to be chosen as 10% of the maximum value, or to choose based on the minimum possible current I d if known. The step or increment with which the current I d will be incremented during the identification procedure is also recommended to be chosen as 10% of the maximum, which will provide 10 points of the obtained tabular dependences of the time constant and mutual inductance.

Задаваемое время отработки тока Iq должно быть ориентировочно равно (3…5) Тr,нач.The set time for working off the current I q should be approximately equal to (3 ... 5) T r, beginning .

Набор значений токов Iq выбирается исходя из тех соображений, чтобы выполнить замеры момента разной величины. Цель - добиться пропорциональности между Iq и моментом в широком диапазоне их изменения.The set of current values I q is selected on the basis of those considerations in order to measure the moment of different magnitudes. The goal is to achieve proportionality between I q and the moment in a wide range of their change.

Набор значений токов Iq рекомендуется выбирать как 1/6, 1/3, ½, 2/3, 5/6 и 1 от максимума тока Iq, в том случае если задаемся шестью значениями.It is recommended to choose a set of current values I q as 1/6, 1/3, ½, 2/3, 5/6 and 1 from the maximum current I q , if we set six values.

Выбор таких параметров, как минимальное значение и приращение токов не является чем-то строгим, а описанное выше носит сугубо рекомендательный характер. Так, например, количество задаваемых точек в диапазоне тока Id, определяемое выбранным приращением, будет влиять на «детализацию» кривых Tr(Id), Lm(Id), т.е. чем больше точек задано - тем более детализированные кривые будут получены.The choice of parameters such as the minimum value and the increment of currents is not something strict, and the above is purely advisory. So, for example, the number of specified points in the current range Id, determined by the selected increment, will affect the "detail" of the curves Tr(Id), Lm(Id), i.e. the more points are set - the more detailed curves will be obtained.

В свою очередь, увеличение количества задаваемых значений тока Iq будет повышать точность идентификации параметров. Наличие таких факторов как шумы, помехи, класс точности измерительных датчиков, нелинейность самой электрической машины, будет обуславливать ту или иную степень неточности измерения тока и момента. В то же время, слишком большое повышение количества задаваемых значений Iq будет увеличивать 8 продолжительность процедуры идентификации. По этой причине, как компромисс, предлагается использовать 6 значений Iq, при которых измеряется момент на валу машины.In turn, an increase in the number of set values of current Iq will increase the accuracy of parameter identification. The presence of such factors as noise, interference, the accuracy class of measuring sensors, the non-linearity of the electric machine itself, will cause one or another degree of inaccuracy in measuring current and torque. At the same time, too much increase in the number of set I q values will increase the duration of the identification procedure. For this reason, as a compromise, it is proposed to use 6 values of I q , at which the moment on the machine shaft is measured.

Рассмотрим абстрактный пример. Допустим, AM находится в некоторой рабочей точке в двигательном режиме с фиксированными значениями угловой частоты, магнитного потока и нагрузки. Для данной рабочей точки обозначим Iq=Iq1, М=M1. В некоторый момент времени нагрузка меняется и устанавливается на другом уровне, происходит переход в рабочую точку. Для этой точки обозначим Iq=Iq2, М=М2.Let's consider an abstract example. Let's say AM is at some operating point in motor mode with fixed values of angular frequency, magnetic flux and load. For this operating point, denote I q =I q1 , M=M 1 . At some point in time, the load changes and is set at a different level, there is a transition to the operating point. For this point we denote I q =I q2 , M=M 2 .

Отношения токов Iq и моментов М во второй точке к таковым в первой точке обозначим как k1 и kM (5):The ratio of currents I q and moments M at the second point to those at the first point will be denoted as k 1 and k M (5):

Figure 00000008
Figure 00000008

Тогда при корректной ориентации СК d-q, отношение токов будет равно отношению моментов, т.е.Then, with the correct orientation of the SC d-q, the ratio of currents will be equal to the ratio of moments, i.e.

Figure 00000009
Figure 00000009

На практике задачу идентификации постоянной времени ротора с использованием предлагаемого способа можно описать последовательностью действий:In practice, the task of identifying the rotor time constant using the proposed method can be described by a sequence of actions:

1. Задается некоторое начальное значение постоянной времени ротора в блоке оценки потокосцепления ротора на базе уравнений (1), а также некоторое значение тока Id.1. Some initial value of the rotor time constant is set in the block for estimating the rotor flux linkage based on equations (1), as well as some value of the current I d .

2. Несколько раз (два и более) задаются разные значения тока Iq, при которых измеряется момент на валу машины.2. Several times (two or more) different values of the current I q are set, at which the moment on the machine shaft is measured.

3. Вычисляются соотношения токов Iq и моментов в разных точках по уравнениям (5).3. Ratios of currents I q and moments at different points are calculated according to equations (5).

4. Проверяется выполнение условия (6). Если условие не выполняется, выбранное значение постоянной времени необходимо корректировать и проводить описанные действия до тех пор, пока условие (6) не будет выполняться.4. The fulfillment of condition (6) is checked. If the condition is not met, the selected value of the time constant must be corrected and the described actions should be carried out until condition (6) is met.

Иными словами, процесс идентификации Тr представляет собой, скорее, ее определение методом последовательных приближений.In other words, the process of identifying T r is, rather, its determination by the method of successive approximations.

Расчет взаимной индуктивности статора и ротора.Calculation of the mutual inductance of the stator and rotor.

Введем понятие эквивалентной индуктивности, которая равна:Let us introduce the concept of equivalent inductance, which is equal to:

Figure 00000010
Figure 00000010

В то же время, из уравнения (4), полагая, что система координат d-q сориентирована по потокосцеплению ротора (т.е. постоянная времени ротора, в соответствие с вышеизложенным, определена корректно), запишем:At the same time, from equation (4), assuming that the d-q coordinate system is oriented along the rotor flux linkage (i.e., the rotor time constant, in accordance with the above, is defined correctly), we write:

Figure 00000011
Figure 00000011

Значит, имея значение измеренного момента, а также токов по осям d,q, можно рассчитать эквивалентную, а затем и взаимную индуктивность, по уравнению, вытекающему из (7):Hence, having the value of the measured moment, as well as the currents along the axes d, q, it is possible to calculate the equivalent, and then the mutual inductance, according to the equation following from (7):

Figure 00000012
Figure 00000012

Положительный корень данного квадратного уравнения будет являться искомым для расчета параметра взаимной индуктивности (поскольку отрицательной индуктивность быть не может):The positive root of this quadratic equation will be the desired one for calculating the mutual inductance parameter (since there can be no negative inductance):

Figure 00000013
Figure 00000013

В уравнение (10) входит параметр индуктивности рассеяния ротора L, который, как правило, значительно меньше полной индуктивности ротора (обычно составляет около 5% от ее величины) и считается константой, т.е. не зависит (или мало зависит) от каких-либо величин. Данный параметр должен быть известен при проведении процедуры идентификации.Equation (10) includes the parameter of the rotor leakage inductance L , which, as a rule, is significantly less than the total rotor inductance (usually about 5% of its value) and is considered a constant, i.e. does not depend (or only slightly depends) on any quantities. This parameter must be known during the identification procedure.

Особенности реализации алгоритма идентификации на практике.Features of the implementation of the identification algorithm in practice.

Оценку постоянной времени ротора целесообразно выполнять, используя величину, характеризующую отношение величин kM и kI в процентах, пользуясь ниже приведенной формулой, предлагаемой в настоящей заявке:It is expedient to estimate the time constant of the rotor using a value that characterizes the ratio of the values k M and k I as a percentage, using the following formula proposed in this application:

Figure 00000014
Figure 00000014

На практике данная величина показывает, насколько верно определена постоянная времени ротора по ее отклонению от 100%.In practice, this value shows how correctly the rotor time constant is determined by its deviation from 100%.

Иными словами, при работе электропривода с пока еще не определенным параметром Тr, изначально необходимо задаться некоторым ее базовым значением.In other words, when the drive is operating with the yet undefined parameter T r , it is initially necessary to set some of its base value.

У асинхронных машин есть номинальные параметры схемы замещения, в которые входят величины сопротивления ротора Rr, индуктивности рассеяния ротора L, а также взаимной индуктивности Lm. Первая величина Rr обычно зависит от температуры ротора и меняется в процессе нагрева машины, вторая величина L относительно мала и, как правило, считается постоянной, третья величина Lm меняется в зависимости от магнитного потока машины в широком диапазоне (она также подлежит идентификации).Asynchronous machines have nominal equivalent circuit parameters, which include the rotor resistance R r , the rotor leakage inductance L , and the mutual inductance L m . The first value R r usually depends on the temperature of the rotor and changes during the heating of the machine, the second value L is relatively small and, as a rule, is considered constant, the third value L m varies depending on the magnetic flux of the machine in a wide range (it is also subject to identification) .

Постоянная времени ротора равна

Figure 00000015
The rotor time constant is
Figure 00000015

Начальное (или базовое) значение величины Тr рекомендуется рассчитывать исходя из Rr для нагретой машины, которое обычно приводится, а также исходя из Lm для номинального потока машины.The initial (or basic) value of T r is recommended to be calculated based on R r for a heated machine, which is usually given, and also on the basis of L m for the nominal flow of the machine.

Тем не менее, если даже базовая величина Тr по каким-то причинам окажется далека от истинного начального значения (то есть от такового в начальной точке Id=Id,min), алгоритм идентификации сам подберет данную величину должным образом.Nevertheless, even if the base value T r for some reason turns out to be far from the true initial value (that is, from that at the initial point I d =I d,min ), the identification algorithm itself will select this value properly.

По результатам измерений моментов М и токов Iq в некоторых статических точках, рассчитываются величины kI, kM, kMI. В том случае, если kMI превышает 100%, подобранный параметр Тr выше истинного значения, в противном случае - наоборот.Based on the results of measurements of the moments M and currents I q at some static points, the values k I , k M , k MI are calculated. In the event that k MI exceeds 100%, the fitted parameter T r is higher than the true value, otherwise vice versa.

Кроме того, идентификацию постоянной времени предлагается выполнять в относительных единицах, т.е., задавшись базовой величиной Тr,b, использовать варьируемый коэффициент kT, который будет показывать отклонение постоянной времени от Тr,b в соответствие с формулой (12):In addition, the identification of the time constant is proposed to be performed in relative units, i.e., given the base value T r,b , use the variable coefficient k T , which will show the deviation of the time constant from T r,b in accordance with formula (12):

Figure 00000016
Figure 00000016

Важно также отметить, что по причине не идеальности измерений, наличия шумов и помех, в реальном алгоритме идентификации для повышения точности оценивания, может потребоваться не два (как описано выше), а большее количество измерений токов и крутящих моментов.It is also important to note that due to not ideal measurements, the presence of noise and interference, in a real identification algorithm, to improve the estimation accuracy, it may be necessary not two (as described above), but more measurements of currents and torques.

Например, программно реализованный авторами настоящей заявки алгоритм идентификации предполагает использование шести измерений токов Iq и соответствующих крутящих моментов М при фиксированном токе Id. Другими словами, при фиксированном заданном значении тока Id, последовательно устанавливаются шесть значений тока Iq, при которых измеряется крутящий момент на валу электрической машины. В результате получаем по пять (на 1 меньше, чем число измерений) величин kI, kM и kMI. После этого следует рассчитать среднее арифметическое значение kMI,av по результатам шести измерений крутящих моментов используя выражение (13):For example, the identification algorithm implemented by the authors of this application involves the use of six measurements of currents I q and the corresponding torques M at a fixed current I d . In other words, at a fixed current value I d , six current values I q are set in succession, at which the torque on the shaft of the electric machine is measured. As a result, we obtain five (one less than the number of measurements) values k I , k M and k MI . After that, the arithmetic mean value k MI,av should be calculated from the results of six torque measurements using expression (13):

Figure 00000017
Figure 00000017

Следует также задаться некоторой точностью оценивания ΔkMI,tol (в процентах), которая будет формировать доверительный интервал (100 - ΔkMI,tol)…(100 + ΔkMI,tol), что необходимо по причине не идеальности измерений.It is also necessary to set some estimation accuracy Δk MI,tol (in percent), which will form a confidence interval (100 - Δk MI,tol )…(100 + Δk MI,tol ), which is necessary because the measurements are not ideal.

Смысл величины ΔkMI,tol заключается в том, что при попадании по итогам измерений величины kMI,av в заданный доверительный интервал, можно считать идентифицированное значение постоянной времени достоверным.The meaning of the value of Δk MI,tol lies in the fact that when the value of k MI,av falls within the specified confidence interval according to the results of measurements, the identified value of the time constant can be considered reliable.

В случае не попадания kMI,av в доверительный интервал, процедуру следует повторить, изменив должным образом коэффициент kT с помощью приращения ΔkT.If k MI,av does not fall within the confidence interval, the procedure should be repeated, changing the coefficient k T properly with the help of the increment Δk T .

Критерием успешного подбора (идентификации) величины Тr является тот факт, что соотношения токов Iq на текущем и предыдущем шаге точно такое же, как и соотношение моментов. Это означает что система координат d-q сориентирована верно, т.е. та величина Тr, которая заложена в системе векторного управления (т.е. в управляющем контроллере) совпадает с таковой в машине. Для того чтобы оценить, насколько эти соотношения реально близки, существует такие величины как соотношение токов Iq (kI) и соотношение моментов (kM).The criterion for successful selection (identification) of the value of T r is the fact that the ratio of currents I q at the current and previous steps is exactly the same as the ratio of moments. This means that the coordinate system dq is correctly oriented, i.e. the value of T r , which is embedded in the vector control system (ie, in the control controller) coincides with that in the machine. In order to assess how close these ratios are in reality, there are such quantities as the ratio of currents I q (k I ) and the ratio of moments (k M ).

Иными словами, если kI=kM, считаем что в данной точке, т.е. при текущем заданном токе Id мы подобрали верную величину Тr, и можно переходить к следующей точке Id.In other words, if k I =k M , we assume that at a given point, i.e. at the current given current I d we have chosen the correct value of T r , and we can move on to the next point I d .

Однако на практике kI и kM никогда не будут абсолютно точно равны, но могут быть довольно близки по значению. Чтобы установить степень этой близости, существует величина kMI=kM/kI ⋅ 100%, которая показывает в процентах, насколько соотношение моментов больше или меньше соотношений токов Iq. Доверительный интервал определяет тот факт, что, к примеру, идентифицированная постоянная времени ротора определена верно с такой-то точностью.However, in practice, k I and k M will never be exactly equal, but can be quite close in value. To establish the degree of this proximity, there is a value k MI =k M /k I ⋅ 100%, which shows in percentage how much the ratio of moments is greater or less than the ratio of currents I q . The confidence interval determines the fact that, for example, the identified rotor time constant is determined correctly with such and such an accuracy.

Допустим, мы задали точность 1%. По результатам измерений мы получили, что kMI=99,2%, т.е. до 100% не дотягиваем 0,8%, что меньше, чем установленный доверительный интервал. Значит, все подобрали верно. Если же оказалось бы, что kMI=98,9% или ниже, то это означало бы что текущее заданное Тr ниже, чем истинное, а значит, его нужно скорректировать, как описано выше и повторить измерение.Let's say we set the accuracy to 1%. Based on the measurement results, we obtained that k MI =99.2%, i.e. we do not reach 100% by 0.8%, which is less than the established confidence interval. So, everything was chosen correctly. If it turned out that k MI =98.9% or lower, then this would mean that the current set T r is lower than the true one, which means that it must be corrected as described above and the measurement repeated.

Рассмотрим на конкретном примере.Let's look at a specific example.

Пример 1. Пусть доверительный интервал составляет (99,5…100,5)%. По результатам шести замеров величина kMI,av составила 101,3%. Следовательно, идентифицированное значение Тr больше реального, следует провести повторную серию замеров, снизив kT. По результатам повторной серии получили kMI,av=100,1%. Поскольку данная величина попадает в доверительный интервал, измерение в данной точке Idr можно считать оконченным, а идентифицированное значение Тr - достоверным.Example 1. Let the confidence interval be (99.5…100.5)%. According to the results of six measurements, the value of k MI,av was 101.3%. Therefore, the identified value of T r is greater than the real one, a series of measurements should be repeated, reducing k T . According to the results of the repeated series, k MI,av = 100.1% was obtained. Since this value falls within the confidence interval, the measurement at this point I dr can be considered complete, and the identified value of T r is reliable.

Кроме того, наличие шумов и помех, либо слишком низкое значение величины ΔkMI,tol может обусловить «зависание» процедуры идентификации, а именно - многократное не попадание kMI,av в доверительный интервал.In addition, the presence of noise and interference, or a too low value of Δk MI,tol can cause the identification procedure to hang, namely, multiple failures of k MI,av in the confidence interval.

Рассмотрим два типичных примера, когда при проведении процедуры идентификации на практике, могут возникнуть подобные случаи зависания:Let's consider two typical examples, when during the identification procedure in practice, such cases of hanging can occur:

Пример 2. Пусть доверительный интервал составляет (99,5…100,5)%.Example 2. Let the confidence interval be (99.5…100.5)%.

Замер 1. kMI,av=102,3%, следует уменьшить kT, провести повтор.Measurement 1. k MI,av =102.3%, k T should be reduced, repeat.

Замер 2. KMI,av=98,5%), следует увеличить kT, провести повтор.Measurement 2. K MI,av \u003d 98.5%), k T should be increased, repeat.

Замер 3. kMI,av=101,5%, следует уменьшить kT, провести повтор.Measurement 3. k MI, av = 101.5%, k T should be reduced, repeated.

Замер 4. kMI,av=99,0%), следует увеличить kT, провести повтор.Measurement 4. k MI,av = 99.0%), increase k T , repeat.

Пример 3. Пусть доверительный интервал составляет (99,1…100,1)%.Example 3. Let the confidence interval be (99.1…100.1)%.

Замер 1. kMI,av=99,8%), следует уменьшить kT, провести повтор.Measurement 1. k MI, av = 99.8%), k T should be reduced, repeated.

Замер 2. kMI,av=100,1%, следует увеличить kT, провести повтор.Measurement 2. k MI,av =100.1%, increase k T , repeat.

Замер 3. kMI,av=99,9%), следует уменьшить kT, провести повтор.Measurement 3. k MI, av = 99.9%), k T should be reduced, repeated.

Замер 4. kMI,av=100,2%, следует увеличить kT, провести повтор.Measurement 4. k MI,av =100.2%, increase k T , repeat.

Причиной зависания в примере 2, наиболее вероятно, является повышенная зашумленность сигнала момента либо слишком большое значение приращения ΔkT, которое может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от отклонения kMI,av в положительную либо отрицательную сторону от 100%).The reason for the freeze in example 2 is most likely the increased noisiness of the torque signal or too large increment Δk T , which can be either positive or negative depending on the deviation of k MI,av in the positive or negative direction from 100%).

Причина зависания в примере 3 - слишком низкое значение ΔkMI,tol т.е. слишком «узкий» доверительный интервал.The reason for freezing in example 3 is the too low value of Δk MI,tol i.e. too "narrow" confidence interval.

Для того чтобы избежать зависания, необходимо, во-первых, сгладить сигнал измеренного момента (и при необходимости - статорного тока), например, путем фильтрации; во-вторых, следует должным образом подбирать величину приращения ΔkT; в-третьих, нужно выбрать компромиссную величину ΔkMI,tol т.е. такую, чтобы, с одной стороны, обеспечить хорошую точность оценивания, а с другой - повысить вероятность попадания величины kMI,av в доверительный интервал. Например, для идентификации параметров тяговых машин авторы настоящей заявки использовали ΔkMI,tol=0,5%.In order to avoid freezing, it is necessary, firstly, to smooth the signal of the measured torque (and, if necessary, the stator current), for example, by filtering; secondly, one should properly select the value of the increment Δk T ; thirdly, it is necessary to choose a compromise value Δk MI,tol i.e. such that, on the one hand, to ensure good estimation accuracy, and on the other hand, to increase the probability that the value k MI,av falls within the confidence interval. For example, to identify the parameters of traction machines, the authors of the present application used Δk MI,tol =0.5%.

Необходимый инструментарий для проведения процедуры идентификации Тr и Lm.The necessary tools for carrying out the procedure for identifying Tr and Lm.

Предлагаемая функциональная схема установки для проведения процедуры автоматической идентификации параметров показана на Фиг. 1.The proposed functional diagram of the installation for carrying out the procedure for automatic identification of parameters is shown in Fig. one.

Ниже приведено описание компонентов, входящих в состав предлагаемой установки.Below is a description of the components that make up the proposed installation.

Блок 1. Исследуемая машина (ИМ) асинхронная с короткозамкнутым ротором с вмонтированными датчиками скорости и температуры (ДС, ДТ). При необходимости, устанавливается система охлаждения обмоток ИМ.Block 1. The investigated machine (IM) is asynchronous with a squirrel-cage rotor with built-in speed and temperature sensors (DS, DT). If necessary, a cooling system for the IM windings is installed.

Блок 2. Гонная машина (ГМ) с вмонтированными датчиками скорости и температуры (ДС, ДТ). При необходимости, устанавливается система охлаждения обмоток ГМ.Block 2. Racing car (GM) with built-in speed and temperature sensors (DS, DT). If necessary, a GM winding cooling system is installed.

Блок 3. Силовой преобразователь, питающий обмотки ИМ (СПИ). Силовые модули СПИ управляются посредством контроллера. Датчики фазных токов (ДФТ) и датчик напряжения ЗПТ (ДН) обычно вмонтированы внутри блока СПИ.Block 3. Power converter supplying the windings of the IM (SPI). SPI power modules are controlled by a controller. Phase current sensors (CFT) and voltage sensor ZPT (DN) are usually mounted inside the SPI block.

Блок 4. Силовой преобразователь, питающий обмотки ГМ (СПГ).Block 4. Power converter supplying the windings of the GM (LNG).

Блок 5. Источник постоянного высоковольтного напряжения (ИПВН) для питания звена постоянного тока (ЗПТ).Block 5. A source of constant high voltage voltage (HPV) for powering the DC link (DC link).

Блок 6. Датчик крутящего момента (ДКМ) на валу спарки ИМ-ГМ. Авторы настоящей заявки используют датчик момента производства "Тензотехника".Block 6. Torque sensor (DKM) on the shaft of the IM-GM twin. The authors of this application use the torque sensor manufactured by "Tensotekhnika".

Блок 7. Декодер, преобразующий измеренный сигнал момента из аналогового типа в цифровой тип. Авторы настоящей заявки используют декодер "Т-35", входящий в комплект с датчиком момента.Block 7. Decoder that converts the measured torque signal from analog type to digital type. The authors of this application use the decoder "T-35", which is included with the torque sensor.

Блок 8. Программатор (JTAG эмулятор) для прошивки контроллера. Авторы настоящей заявки используют JTAG-эмулятор производства компании "Sauris".Block 8. Programmer (JTAG emulator) for controller firmware. The present applicants use a JTAG emulator manufactured by Sauris.

Блок 9. Переходник USB-CAN для обмена данными между ПК и контроллером.Block 9. USB-CAN adapter for data exchange between PC and controller.

Блок 10. Персональный компьютер (ПК).Block 10. Personal computer (PC).

Подготовка эксперимента.Experiment preparation.

1. Испытательный стенд подготавливается согласно схеме Фиг. 1. При этом валы ИМ и ГМ должны быть жестко соединены между собой.1. The test bench is prepared according to the scheme of Fig. 1. In this case, the IM and GM shafts must be rigidly connected to each other.

2. От источника высоковольтного источника ИПВН подается напряжение UDC, питающее СПИ и СПГ. Напряжение должно быть такой величины, чтобы максимальное значение преобразованного посредством СП трехфазного переменного напряжения было не ниже номинального значения напряжения питания статорных обмоток ИМ.2. The UDC voltage is supplied from the source of the high-voltage source of the HPVN, supplying the SPI and LNG. The voltage must be such that the maximum value of the three-phase alternating voltage converted by means of the SP is not lower than the nominal value of the supply voltage of the IM stator windings.

3. Вал ГМ раскручивается до нужной частоты вращения, при которой будет проводиться эксперимент. ГМ должна работать в режиме поддержания частоты вращения и выдерживать максимальную нагрузку, которая будет набрасываться посредством ИМ, о чем следует позаботиться заранее.3. The GM shaft spins up to the required rotational speed, at which the experiment will be carried out. The GM must operate in the speed maintenance mode and withstand the maximum load that will be thrown by means of the IM, which should be taken care of in advance.

4. При необходимости (и наличии) включаются системы охлаждения ИМ и ГМ;4. If necessary (and available), the IM and GM cooling systems are switched on;

5. Управляющий контроллер СПИ посредством программатора «прошивается» необходимым ПО, которое позволяет проводить процедуру идентификации. Подробнее этот вопрос будет описан ниже;5. The SPI control controller is “flashed” with the necessary software through the programmer, which allows the identification procedure to be carried out. This issue will be discussed in more detail below;

6. На ПК запускается программа идентификации, после чего процедура может быть начата.6. The identification program starts on the PC, after which the procedure can be started.

Особенности программного обеспечения управляющего контроллера, реализующего векторное управление исследуемой асинхронной машиной.Features of the software of the control controller that implements the vector control of the asynchronous machine under study.

Дадим описание базовой структуры системы управления (показана на фиг.2), которая требуется для проведения описанной процедуры идентификации.Let's give a description of the basic structure of the control system (shown in figure 2), which is required to carry out the described identification procedure.

В структуру СУ входят:The structure of the SU includes:

• регуляторы потокообразующего и моментообразующего тока статора (РПТ, РМТ);• regulators of flux-forming and torque-forming stator current (RPT, RMT);

• блок определения модуля и угла поворота вектора потокосцепления ротора (БОП);• unit for determining the module and the angle of rotation of the rotor flux linkage vector (BOP);

• координатные преобразователи Парка и Кларка для перевода токов из неподвижной трехфазной системы координат в ортогональную вращающуюся СК (A,B,C-d,q) и напряжений на выходе регуляторов в обратном направлении (d,q-A,B,C)• Park and Clark coordinate converters for transferring currents from a fixed three-phase coordinate system to an orthogonal rotating SC (A,B,C-d,q) and voltages at the output of regulators in the opposite direction (d,q-A,B,C)

• блок формирования широтно-импульсной модуляции (ШИМ).• block for pulse-width modulation (PWM).

Опционально система управления может быть дополнена другими блоками, реализующими различного рода защиты и ограничения, однако в настоящей заявке эти вопросы не рассматриваются, поскольку относятся к нюансам синтеза системы управления.Optionally, the control system can be supplemented with other blocks that implement various kinds of protections and restrictions, however, in this application, these issues are not considered, since they relate to the nuances of the synthesis of the control system.

Входные сигналы заданных токов Idr, Iqr являются управляющими воздействиями, которые задаются пользователем в программе идентификации, как описано выше.The input signals of the specified currents Idr, Iqr are control actions that are set by the user in the identification program, as described above.

Посредством получаемого от ДФТ сигнала трехфазного тока IABC, координатного преобразователя A,B,C-d,q, а также сигнала угла поворота 0 системы координат d-q, формируются сигналы обратных связей токов Id, Iq. Сигналы ошибок отработки поступают на регуляторы РПТ, РМТ, которые, в свою очередь, формируют сигналы заданных напряжений Ud, Uq. Данные сигналы преобразуются в сигналы UA, UB, UC трехфазной системы координат, и поступают на блок формирования ШИМ для управления ключами СПИ. Блок БОП формирует сигнал угла поворота вектора потокосцепления ротора (системы координат d-q).By means of the three-phase current signal IABC received from the DFT, the coordinate converter A,B,C-d,q, as well as the signal of the angle of rotation 0 of the coordinate system d-q, feedback signals of the currents Id, Iq are formed. The error signals of processing are fed to the regulators RPT, RMT, which, in turn, form the signals of the specified voltages Ud, Uq. These signals are converted into signals UA, UB, UC of a three-phase coordinate system, and are fed to the PWM generation unit to control the SPI keys. The BOP block generates a signal of the angle of rotation of the rotor flux linkage vector (d-q coordinate system).

Описание алгоритма идентификации.Description of the identification algorithm.

Схема алгоритма 100 идентификации параметров приведена на фиг.3.The scheme of the parameter identification algorithm 100 is shown in Fig.3.

Блок 101. Точка входа в алгоритм идентификации.Block 101. Entry point to the identification algorithm.

Блок 102. Вводятся исходные данные:Block 102. Initial data is entered:

• Диапазон изменения потокообразующего тока и шаг (приращение), что соответствует параметрам Idrmin, Idrmax, ΔIdr;• Flux-forming current range and step (increment), which corresponds to the parameters I drmin , I drmax , ΔI dr ;

• Шесть значений моментообразующего тока, при котором будут выполняться замеры для идентификации постоянной времени ротора и одно значение для расчета взаимной индуктивности, что соответствует параметрам IqrT1…IqrT6 и IqrL;• Six values of torque-generating current at which measurements will be taken to identify the rotor time constant and one value for calculating the mutual inductance, which corresponds to the parameters I qrT1 ... I qrT6 and I qrL ;

• Начальное значение коэффициента постоянной времени и его приращения, что соответствует величинам kT,init, ΔkT;• The initial value of the time constant coefficient and its increment, which corresponds to the values k T,init , Δk T ;

• Доверительный интервал оценивания постоянной времени ротора, соответствующий величине ΔkMI,tol;• Confidence interval for estimating the time constant of the rotor, corresponding to the value of Δk MI,tol ;

• Число пар полюсов AM и индуктивность рассеяния ротора.• Number of pole pairs AM and rotor leakage inductance.

Блок 103. После того как в программе проинициализированы все переменные и выполнены все предварительные процедуры, она готова непосредственно к началу процедуры идентификации. Ожидается нажатие кнопки «Старт».Block 103. After all the variables have been initialized in the program and all preliminary procedures have been completed, it is ready directly for the beginning of the identification procedure. Waiting for the start button to be pressed.

Блок 104. На следующем этапе выполняется инициализация переменных, т.е. присваивание переменным kT, ΔkT.Block 104. The next step is the initialization of variables, i.e. assignment to variables k T , Δk T .

Блок 105. Начало «большого» цикла. Переменной Idr присваивается начальное (минимальное) значение Idr,min.Block 105. The beginning of the "big" cycle. The variable I dr is assigned the initial (minimum) value I dr,min .

Блок 106. Поскольку поле машины нарастает за некоторое время (переходной процесс длиться [3…5]Тr), программа отсчитывает это время и выполняется переход к следующему блоку.Block 106. Since the field of the machine grows for some time (the transient process lasts [3...5]T r ), the program counts this time and the transition to the next block is performed.

Блок 107. Начало внутреннего цикла. Параметру n присваивается значение 1.Block 107. Beginning of the inner loop. The n parameter is set to 1.

Блок 108. Переменной Iqr присваивается одно из заданных пользователем значений, соответствующее порядковому номеру n.Block 108. The variable I qr is assigned one of the user-specified values corresponding to the ordinal number n.

Блок 109. Ожидание некоторого времени ttp до установившегося процесса. После этого, момент на валу посредством датчика измеряется несколько раз за время tmeas, при необходимости фильтруется, затем усредняется. Результат записывается в переменную МT,аv,n.Block 109. Waiting for some time t tp until the process is steady. After that, the torque on the shaft is measured by means of a sensor several times during the time t meas , filtered if necessary, then averaged. The result is written to the variable M T , av , n .

Блок 110. Проверяется условие «n !=1», после чего по ветви «-» происходит переход к блоку 111, а по ветви «+» - к блоку 112.Block 110. The condition “n !=1” is checked, after which the transition to block 111 occurs along the “-” branch, and to block 112 along the “+” branch.

Блок 111. В случае нахождения в первой точке (первый замер), параметрам kI,n, kM,n, kMI,n присваиваются нулевые значения.Block 111. In the case of being at the first point (first measurement), the parameters k I,n , k M,n , k MI,n are assigned zero values.

Блок 112. В случае если n=2…6, параметры kI,n, kM,n, kMI,n рассчитываются по формулам (6), (11) (блок 112).Block 112. If n=2...6, parameters k I , n , k M,n , k MI,n are calculated by formulas (6), (11) (block 112).

Блок 113. После шести замеров момента происходит выход из внутреннего цикла, рассчитывается величина kMI,av (блок 13).Block 113. After six measurements of the moment, the internal loop is exited, the value of k MI,av is calculated (block 13).

Блок 114. Проверяется попадание kMI,av в доверительный интервал, т.е. проверяется условие |kMI,av - 100|>ΔkMI,tol Block 114. The hit of k MI,av in the confidence interval is checked, i.e. the condition |k MI,av - 100|>Δk MI,tol is checked

Блок 115. Если условие предыдущего шага выполняется (ветвь «+») проверяется отклонение в положительную или отрицательную сторону величины kMI,av относительно 100%.Block 115. If the condition of the previous step is met (branch "+"), the deviation in the positive or negative side of the value of k MI,av relative to 100% is checked.

Блок 116. При отклонении kMI,av в положительную сторону величина kT получает положительное приращение ΔkT,m, затем алгоритм возвращается к блоку 107.Block 116. If k MI,av deviates in the positive direction, the value of k T receives a positive increment Δk T , m , then the algorithm returns to block 107.

Блок 117. В противоположном случае величина kT получает отрицательное приращение - ΔkT,m, затем алгоритм возвращается к блоку 107.Block 117. Otherwise, the value of k T receives a negative increment - Δk T , m , then the algorithm returns to block 107.

Блок 118. В случае попадания kMI,av в ДИ, алгоритм переходит к расчету Lm. Для этого переменной Iqr присваивается значение IqrL.Block 118. If k MI,av falls into the DI, the algorithm proceeds to the calculation of L m . For this, the variable I qr is assigned the value I qrL .

Блок 119. Ожидание некоторого времени ttp до установившегося процесса. После этого, момент измеряется несколько раз за время tmeas, при необходимости фильтруется, затем усредняется. Результат записывается в переменную МL,av,n.Block 119. Waiting for some time t tp until the process is steady. After that, the moment is measured several times during the time t meas , filtered if necessary, then averaged. The result is written to the variable M L,av,n .

Блок 120. Выполняется расчет эквивалентной индуктивности по формуле (8) и взаимной индуктивности по формуле (10)Block 120. The calculation of the equivalent inductance according to the formula (8) and the mutual inductance according to the formula (10) is performed

Блок 121. Параметры Idr, kT, Lm вносятся в базу данных в виде таблицы, как показано ниже (табл. 1):Block 121. Parameters I dr , k T , L m are entered into the database in the form of a table, as shown below (Table 1):

Figure 00000018
Figure 00000018

Блок 122. Как только идентификация заканчивается в последней точке Idr=Idrmax, переменные Iqr и Idr обнуляется.Block 122. As soon as the identification ends at the last point I dr =I drmax , the variables I qr and I dr are set to zero.

Блок 123. Конец процедуры идентификации.Block 123. End of identification procedure.

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Claims (7)

Способ идентификации постоянной времени Tr ротора асинхронного двигателя в системе векторного полеориентированного управления, заключающегося в том, что осуществляют выполнение следующих этапов:A method for identifying the time constant T r of the rotor of an induction motor in a vector field-oriented control system, which consists in performing the following steps: a) задают начальное значение постоянной времени Tr ротора в блоке оценки потокосцепления ротора и начальное значение тока Id, далее не менее двух раз задаются разные значения тока Iq, при которых измеряется момент на валу асинхронного двигателя; a) set the initial value of the time constant T r of the rotor in the block for evaluating the rotor flux linkage and the initial value of the current I d , then at least two times different values of the current I q are set, at which the torque on the shaft of the asynchronous motor is measured; b) фиксируют в заданный момент времени значения угловой частоты вращения ротора, магнитного потока и нагрузки на роторе, и с учетом этих параметров фиксируют изменение моментообразующей составляющей тока Iq, которая будет соответствовать новому значению Iq1, а также значение электромагнитного момента М, который будет соответствовать новому значению М1, при этом устанавливают, что параметры Iq1 и М1 соответствуют параметрам работы асинхронного двигателя в первой рабочей точке, далее при изменении нагрузки на валу асинхронного двигателя также фиксируют изменение Iq, которая будет соответствовать новому значению Iq2, а также значение электромагнитного момента М, который будет соответствовать новому значению М2, с учетом данных параметров фиксируют переход работы асинхронного двигателя в новую рабочую точку;b) fix at a given moment of time the values of the angular frequency of rotation of the rotor, the magnetic flux and the load on the rotor, and taking into account these parameters, fix the change in the torque-generating current component I q , which will correspond to the new value Iq 1 , as well as the value of the electromagnetic torque M, which will be correspond to the new value M 1 , at the same time it is established that the parameters Iq 1 and M 1 correspond to the parameters of the operation of the asynchronous motor at the first operating point, then when the load on the shaft of the asynchronous motor changes, the change in I q is also fixed, which will correspond to the new value Iq 2 , and also the value of the electromagnetic moment M, which will correspond to the new value of M 2 , taking into account these parameters, the transition of the operation of the induction motor to a new operating point is fixed; c) далее запускают процесс вычисления соотношения токов КI и соотношения моментов KM в разных рабочих точках согласно уравнениям, где КI = Iq2/Iq1 и KM = М2/ М1;c) then start the process of calculating the ratio of currents K I and the ratio of moments K M at different operating points according to the equations, where K I = Iq 2 /Iq 1 and K M = M 2 / M 1 ; d) далее осуществляют проверку выполнения условия, при котором отношение токов должно быть равно отношению моментов, а именно КI = KM;d) further check the fulfillment of the condition under which the ratio of currents must be equal to the ratio of moments, namely K I = K M ; e) если условие по этапу d) не выполняется, осуществляют корректировку выбранного значения постоянной времени Tr путем её увеличения или уменьшения и повторяют этапы a)-d) до тех пор, пока условие КI = KM не будет выполняться;e) if the condition in step d) is not met, the selected value of the time constant T r is adjusted by increasing or decreasing it and repeating steps a)-d) until the condition K I = K M is met; f) осуществляют управление асинхронным двигателем при таком значении постоянной времени Tr ротора, которое привело к выполнению условия КI = KM. f) carry out control of the asynchronous motor at such a value of the time constant T r of the rotor, which led to the fulfillment of the condition K I = K M .
RU2021121883A 2021-07-23 Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system RU2771794C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771794C1 true RU2771794C1 (en) 2022-05-12

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1443110A1 (en) * 1981-12-16 1988-12-07 Предприятие П/Я Р-6930 Method and device for controlling induction motor
RU2132110C1 (en) * 1998-03-25 1999-06-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method
CN107896079A (en) * 2017-12-08 2018-04-10 西安科技大学 A kind of induction electromotor rotor time constant discrimination method
RU180979U1 (en) * 2017-12-19 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" AC ELECTRIC DRIVE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1443110A1 (en) * 1981-12-16 1988-12-07 Предприятие П/Я Р-6930 Method and device for controlling induction motor
RU2132110C1 (en) * 1998-03-25 1999-06-20 Мищенко Владислав Алексеевич Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method
CN107896079A (en) * 2017-12-08 2018-04-10 西安科技大学 A kind of induction electromotor rotor time constant discrimination method
RU180979U1 (en) * 2017-12-19 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" AC ELECTRIC DRIVE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9525377B2 (en) System and method of rotor time constant online identification in an AC induction machine
CN108599651B (en) Virtual voltage injection-based speed sensorless driving control method for induction motor
JP4578700B2 (en) Brushless DC motor control device
US20050194924A1 (en) Wound field synchronous machine control device
CN109782173B (en) Asynchronous motor excitation mutual inductance curve measuring system and measuring method thereof
Chatterjee A simple leakage inductance identification technique for three-phase induction machines under variable flux condition
US10551418B2 (en) Method for identifying the electrical resistance of the rotor of an electric motor
RU2771794C1 (en) Method for identifying the time constant of the rotor and the mutual inductance of the stator and rotor of an asynchronous motor in a vector field-oriented control system
JPH07274599A (en) Method and apparatus for controlling vector in induction motor
CN117544043A (en) Motor rotor position estimation method and multi-motor linkage variable frequency speed regulation system
US11863107B2 (en) Device and method for controlling rotary electric machine
JP3643908B2 (en) Brushless DC motor control method and apparatus
CN112083349A (en) Method for diagnosing turn-to-turn short circuit fault of stator winding of permanent magnet synchronous motor
WO2019148514A1 (en) Control method for correcting pmsm compensation item
JP2004187460A (en) Inverter control device, induction motor control device, and induction motor system
JP3076911B2 (en) Induction motor secondary resistance calculation method, control method, secondary winding temperature estimation method, protection method, abnormality detection method
Abu-Rub et al. Simple observer for induction motor speed sensorless control
CN111030543A (en) Zero-speed closed-loop starting method of direct-current variable-frequency air conditioner compressor
JP3677144B2 (en) Induction motor controller
JP4281054B2 (en) Speed sensorless vector control method and apparatus for induction motor
CN110855208B (en) High-voltage frequency converter speedless sensor vector control system
CN108768231A (en) A kind of induction machine current run-away prediction technique and system based on vector controlled
CN116846274A (en) Permanent magnet synchronous motor driving system loss reduction method for identifying and optimizing electromagnetic parameters
CN110460279B (en) Low-speed control method of extended rotating speed adaptive observer based on auxiliary variable
RU2819147C1 (en) Induction motor control device