RU2784324C1 - Method for determining the load moment of an asynchronous electric motor - Google Patents

Method for determining the load moment of an asynchronous electric motor Download PDF

Info

Publication number
RU2784324C1
RU2784324C1 RU2022120819A RU2022120819A RU2784324C1 RU 2784324 C1 RU2784324 C1 RU 2784324C1 RU 2022120819 A RU2022120819 A RU 2022120819A RU 2022120819 A RU2022120819 A RU 2022120819A RU 2784324 C1 RU2784324 C1 RU 2784324C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
motor
determining
load
matrix
Prior art date
Application number
RU2022120819A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Александрович Лысенко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784324C1 publication Critical patent/RU2784324C1/en

Links

Abstract

FIELD: asynchronous electric drives.
SUBSTANCE: asynchronous electric drive for measuring the moment of resistance created by the motor load. The instantaneous values of currents and voltages of the stator of an asynchronous motor are measured, three-phase values of currents and voltages are converted into two-phase components of currents and voltages. At each of the time intervals, a matrix of coefficients of the equations of state of the induction motor is compiled, the matrix of error covariances is determined, the matrix gain of the Kalman filter is determined, the vector of output values is determined, the components of which are used to calculate the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor developed by the asynchronous electric motor. According to the values of the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor, intermediate values of the load torque are determined, the data are filtered, thereby determining the instantaneous value of the load torque of the induction motor.
EFFECT: increasing the accuracy of determining the measurement of the load moment.
1 cl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при учете момента нагрузки асинхронного электродвигателя.The invention relates to electrical engineering and can be used when taking into account the load moment of an asynchronous motor.

Известен способ определения крутящего момента (Попов, А. П. Микропроцессорная система бесконтактного контроля и измерения крутящего момента / А. П. Попов, М. Р. Винокуров, А. А. Моисеенко // Вестник Донского государственного технического университета. – 2010. – Т. 10. – № 2(45). – С. 243-248.) Сущность способа: Два соосных вала нагрузки и рабочего механизма соединяют через упругий элемент. На концах упругого элемента устанавливают ферромагнитные зубцы. При отсутствии крутящего момента угловое смещение между первым и вторым зубцами равно нулю. На плоском жестком основании, параллельном осевой линии двигателя и рабочего механизма, установлены два индукционных датчика. При вращении валов в момент прохождения любого из зубцов через магнитное поле соответствующего датчика последний вырабатывает двухполярный импульс напряжения. Если крутящий момент не равен нулю, упругий элемент скручивается, а один из зубцов начинает отставать от другого на определенный угол. Интервал времени между импульсами первого и второго индукционных датчиков будет прямо пропорционален углу скручивания упругого элемента (т.е. крутящему моменту) и обратно пропорционален угловой скорости вращения зубцов.A known method for determining torque (Popov, A. P. Microprocessor system for contactless control and measurement of torque / A. P. Popov, M. R. Vinokurov, A. A. Moiseenko // Bulletin of the Don State Technical University. - 2010. - T. 10. - No. 2(45), - P. 243-248.) The essence of the method: Two coaxial shafts of the load and the working mechanism are connected through an elastic element. Ferromagnetic teeth are installed at the ends of the elastic element. In the absence of torque, the angular displacement between the first and second teeth is zero. On a flat rigid base, parallel to the axial line of the engine and the working mechanism, two induction sensors are installed. When the shafts rotate at the moment of passage of any of the teeth through the magnetic field of the corresponding sensor, the latter generates a bipolar voltage pulse. If the torque is not equal to zero, the elastic element twists, and one of the teeth begins to lag behind the other by a certain angle. The time interval between the pulses of the first and second inductive sensors will be directly proportional to the angle of twisting of the elastic element (ie torque) and inversely proportional to the angular velocity of rotation of the teeth.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения момента нагрузки асинхронного электродвигателя (Афанасьев К.С., Глазырин А.С. Наблюдатель полного вектора состояния и момента нагрузки асинхронного электродвигателя //Электротехнические комплексы и системы управления. –2013. – № 4. – С. 24–30.). Сущность способа: измеряют проекции вектора тока и напряжения статора, определяют оцененные составляющие тока статора, вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих стока статора, определяют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора, по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя, с помощью оцененных значений составляющих потокосцепления ротора и разниц между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, определяют момент нагрузки.Closest to the claimed is a method for determining the load moment of an induction motor (Afanasyev K.S., Glazyrin A.S. Observer of the full state vector and load moment of an induction motor // Electrotechnical complexes and control systems. -2013. - No. 4. - P. 24–30.). The essence of the method: the projections of the stator current and voltage vector are measured, the estimated stator current components are determined, the difference between the estimated values of the stator current components and the current values of the stator drain components is calculated, the estimated values of the components of the rotor flux links are determined, the electromagnetic moment of the induction motor, using the estimated values of the rotor flux components and the differences between the estimated values of the stator current components and the current values of the stator current components, the load torque is determined.

Недостатками известных способов является недостаточная точность определения момента сопротивления в установившихся и переходных процессах в условиях шумов входных сигналов.The disadvantages of the known methods is the lack of accuracy in determining the moment of resistance in steady state and transient processes in terms of input signal noise.

Задачей изобретения является повышение точности момента нагрузки асинхронного электродвигателя.The objective of the invention is to improve the accuracy of the load torque of an asynchronous motor.

Отличием от известных способов является использование фильтра Калмана, позволяющего снизить погрешность определения момента сопротивления нагрузки асинхронного электродвигателя.The difference from the known methods is the use of the Kalman filter, which makes it possible to reduce the error in determining the moment of resistance of the load of an asynchronous electric motor.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-8).The essence of the technical solution is illustrated by formulas (1-8).

Технический результат достигается тем, что измеряют мгновенные величины токов (

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
) и напряжений (
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
) статора асинхронного двигателя, вычисляют двухфазные составляющие тока статора (
Figure 00000007
,
Figure 00000008
) и напряжения (
Figure 00000009
,
Figure 00000010
):The technical result is achieved by measuring the instantaneous values of currents (
Figure 00000001
 ,
Figure 00000002
 ,
Figure 00000003
 ) and stresses (
Figure 00000004
 ,
Figure 00000005
 ,
Figure 00000006
 ) of the stator of an induction motor, calculate the two-phase components of the stator current (
Figure 00000007
 ,
Figure 00000008
 ) and stress (
Figure 00000009
 ,
Figure 00000010
 ):

Figure 00000011
(1)
Figure 00000011
 (one)

Figure 00000012
(2).
Figure 00000012
 (2).

Для определения переменных состояния асинхронного двигателя используют Фильтр Калмана (Бреммер К., Зиферлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. – М.: Наука, 1982. – 199 с.). Входными воздействиями для фильтра Калмана на i-м шаге являются:To determine the state variables of an induction motor, the Kalman filter is used (K. Bremmer, G. Sieferling. Kalman-Bucy filter. - M .: Nauka, 1982. - 199 p.). The input actions for the Kalman filter at the i-th step are:

Figure 00000013
– вектор преобразованных величин тока:
Figure 00000013
 is the vector of converted current values:

Figure 00000014
;
Figure 00000014
 ;

Figure 00000015
– вектор преобразованных величин напряжения:
Figure 00000015
 is the vector of converted voltage values:

Figure 00000016
.
Figure 00000016
 .

Выходными значениями фильтра Калмана является вектор

Figure 00000017
,The output values of the Kalman filter is the vector
Figure 00000017
 ,

Где

Figure 00000018
Figure 00000019
 – потокосцепление ротора;Where
Figure 00000018
Figure 00000019
 – rotor flux linkage;

Figure 00000020
– угловая скорость вращения ротора двигателя.
Figure 00000020
 is the angular speed of rotation of the motor rotor.

Определяют

Figure 00000021
матрицу ковариаций ошибки на i-м шаге (3):Determine
Figure 00000021
 error covariance matrix at the i-th step (3):

Figure 00000022
(3)
Figure 00000022
 (3)

где

Figure 00000023
– шаг итерации;where
Figure 00000023
 is the iteration step;

Figure 00000024
– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя
Figure 00000025
;
Figure 00000024
 - matrix of coefficients of equations of state of an induction motor
Figure 00000025
 ;

Figure 00000026
– единичная матрица;
Figure 00000026
 is the identity matrix;

Figure 00000027
– вектор выхода;
Figure 00000027
 is the output vector;

Figure 00000028
;
Figure 00000028
 ;

Figure 00000029
– матрица ковариации случайных воздействий вида:
Figure 00000029
 is the covariance matrix of random effects of the form:

Figure 00000030
.
Figure 00000030
 .

Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
 – величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.
Figure 00000031
 ,
Figure 00000032
 ,
Figure 00000033
 are quantities defining a random normal process with zero mathematical expectation.

Коэффициенты матрицы

Figure 00000034
определяются через параметры асинхронного двигателяMatrix coefficients
Figure 00000034
 are determined by the parameters of the asynchronous motor

где

Figure 00000035
– индуктивность ветви намагничивания, Гн;where
Figure 00000035
 – inductance of the magnetization branch, H;

Figure 00000036
,
Figure 00000037
 – индуктивность статора и ротора, Гн;
Figure 00000036
 ,
Figure 00000037
 – stator and rotor inductance, H;

Figure 00000038
,
Figure 00000039
 – сопротивление статора и ротора, Ом;
Figure 00000038
 ,
Figure 00000039
 – stator and rotor resistance, Ohm;

Figure 00000040
– совместный момент инерции нагрузки и асинхронного двигателя, кг·м2;
Figure 00000040
 - the joint moment of inertia of the load and the asynchronous motor, kg m 2 ;

Figure 00000041
– число пар полюсов асинхронного двигателя.
Figure 00000041
 - the number of pairs of poles of the asynchronous motor.

Определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана на i-м шаге (4):The matrix gain of the Kalman filter is determined at the i-th step (4):

Figure 00000042
(4)
Figure 00000042
 (four)

Figure 00000043
– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;
Figure 00000043
 is the matrix of the expected variance of the measurement error;

Figure 00000044
;
Figure 00000044
 ;

Figure 00000045
– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.
Figure 00000045
 is the expected variance of the measurement error.

Определяют вектор выходных величин

Figure 00000046
по формуле (5):Determine the vector of output values
Figure 00000046
 according to formula (5):

Figure 00000047
(5)
Figure 00000047
 (5)

Figure 00000048
– матрица управления:
Figure 00000048
 – control matrix:

Figure 00000049
;
Figure 00000049
 ;

Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя

Figure 00000050
:Determine the angular speed of rotation of the motor rotor
Figure 00000050
 :

Figure 00000051
.
Figure 00000051
 .

Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя

Figure 00000052
по формуле (6):Determine the electromagnetic torque of an induction motor
Figure 00000052
 according to formula (6):

Figure 00000053
(6)
Figure 00000053
 (6)

На интервале усреднения

Figure 00000054
, определяют момент нагрузки асинхронного двигателя (7):On the averaging interval
Figure 00000054
 , determine the load moment of the asynchronous motor (7):

Figure 00000055
(7)
Figure 00000055
 (7)

Где

Figure 00000056
– оператор дифференцирования, с–1.Where
Figure 00000056
 is the differentiation operator, s –1 .

Фильтруют данные, определяют мгновенную величину момент нагрузки асинхронного двигателя, по формуле (8):Filter the data, determine the instantaneous value of the load moment of the induction motor, according to the formula (8):

Figure 00000057
.(8)
Figure 00000057
 .(eight)

В численных экспериментах на асинхронном двигателе АД80М2 статическая погрешность определения момента нагрузки по сравнению с эталонной моделью в установившемся режиме не превышает 1%.In numerical experiments on an AD80M2 asynchronous motor, the static error in determining the load moment in comparison with the reference model in the steady state does not exceed 1%.

Claims (1)

Способ определения момента нагрузки асинхронного двигателя, заключающийся в том, что проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразование трехфазных значений токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, отличающийся тем, что на каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем, по значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют промежуточные значения момента нагрузки, фильтруют данные, тем самым определяя мгновенную величину момента нагрузки асинхронного двигателя.A method for determining the load moment of an induction motor, which consists in measuring the instantaneous values of the currents and voltages of the stator of the induction motor, converting the three-phase values of currents and voltages into two-phase components of currents and voltages, characterized in that, at each of the time intervals, they make up a matrix of coefficients of state equations of an asynchronous motor, determine the error covariance matrix, determine the matrix gain of the Kalman filter, determine the vector of output values, the components of which are used to calculate the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor developed by the asynchronous electric motor, the values of the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor determine the intermediate values of the load torque , filter the data, thereby determining the instantaneous value of the load torque of the induction motor.
RU2022120819A 2022-07-29 Method for determining the load moment of an asynchronous electric motor RU2784324C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784324C1 true RU2784324C1 (en) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861728A (en) * 1996-05-09 1999-01-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for measuring motor parameters of induction motor and control apparatus
RU2502079C1 (en) * 2012-07-27 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining parameters of asynchronous electric motor
RU2542605C2 (en) * 2012-08-23 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственынй энергетчисекий университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Control method of metrological characteristics of control systems of alternating-current drives

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861728A (en) * 1996-05-09 1999-01-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for measuring motor parameters of induction motor and control apparatus
RU2502079C1 (en) * 2012-07-27 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining parameters of asynchronous electric motor
RU2542605C2 (en) * 2012-08-23 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственынй энергетчисекий университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Control method of metrological characteristics of control systems of alternating-current drives

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Статья: "НАБЛЮДАТЕЛЬ МОМЕНТА НАГРУЗКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДВОЙНОЙ БЕЛИЧЬЕЙ КЛЕТКОЙ РОТОРА",Ж. Омский научный вестник, 2016. Наблюдатель полного вектора состояния и момента нагрузки асинхронного электродвигателя //Электротехнические комплексы и системы управления. -2013. - номер 4. - С. 24-30. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69736603T2 (en) SENSORLESS STEERING PROCESS AND PERMANENT CONTROLLED SYNCHRONOUS MOTOR DEVICE
CN110441643B (en) Inverter power tube open circuit fault diagnosis method in permanent magnet synchronous motor control system
US9383265B2 (en) Method and system of internal temperatures determination in a synchronous electrical machine using state observers
CA2205588A1 (en) Method and apparatus for control of a switched reluctance motor
Zedong et al. A rotor speed and load torque observer for PMSM based on extended Kalman filter
Silva et al. A method for measuring torque of squirrel-cage induction motors without any mechanical sensor
CN105991071B (en) A kind of constant moment of force control method of ECM motor
CN105048918A (en) Brushless DC motor adaptive fuzzy control method
Ameid et al. Simulation and real-time implementation of sensorless field oriented control of induction motor at healthy state using rotor cage model and EKF
RU2784324C1 (en) Method for determining the load moment of an asynchronous electric motor
EP1250608B1 (en) Load angle determination for electrical motors
JP6557452B2 (en) Method for determining rotor position and speed in a synchronous motor using a state observer
Shah et al. Performance improvement of BLDC motor speed control using sliding mode control and observer
CN113504497B (en) Motor driving system current sensor abnormity detection method based on staggered analysis
Skóra et al. The influence of sensor faults on PM BLDC motor drive
Sinha et al. Modeling of DC motors for control applications
CN101789746A (en) Method and device for rotor position measurement and speed measurement and control of synchronous motor
Joy et al. Sensorless control of induction motor drives using additional windings on the stator
KR20220016094A (en) Method of Estimating Electromagnetic Torque in Synchronous Electric Machines
US9568896B2 (en) Control device and method for controlling an electric machine
CN116068393A (en) Permanent magnet synchronous motor rotor loss-of-field fault early warning method
CN101944876A (en) Separately-excited synchronous motor magnetic flux orientation method
Moseler et al. Model-based fault detection for an actuator driven by a brushless DC motor
CN113131818B (en) Hall sensor installation error identification method, device and motor control system
CN108155839A (en) The measuring method of the dedicated AC permanent magnet synchronous motor back EMF coefficient of elevator and elevator operation and maintenance method