[发明专利]异步电机转子电阻的在线辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机参数的辨识方法，特别涉及一种无速度传感器矢量控制系统中的转子电阻的在线辨识方法。

背景技术

三相异步电动机(本文简称“电机”或“电动机”)调速系统中，转速是一个很重要的控制量，因此须对速度进行闭环控制。由于速度传感器安装困难，增加了调速系统中的电缆及成本，并且在恶劣的环境下难以使用等原因，在过去二十多年里，无速度传感器电机驱动有了显著的发展。其中有基于电机数学模型的开环速度估计，基于PI自适应速度估计，基于模型参考自适应速度估计(包括基于转子磁链，基于反电势，基于无功功率及演变出其他的模型参考自适应速度估计)，基于自适应全阶状态观测器的速度估计，基于神经网络技术的速度估计，基于扩展卡尔曼滤波速度估计，基于最小二乘法速度估计等等。对电机来讲，自适应全阶状态观测器是很有前途的磁通观测器。

自适应全阶状态观测器也称为降维的龙伯格(Lunberger)观测器，选取转子磁链和定子电流为状态变量所构建的观测器，在辨识电机转速的同时观测转子磁链矢量大小及位置，对电机参数变化具有较好的鲁棒性，即使在低速时也有较好的性能，采用极点配置的方法保证观测器的稳定。

随着电机运行时间的增加，电动机参数特别是转子电阻发生变化，导致控制器性能变差甚至不能够正常运行。在无速度传感器矢量控制系统中，在基频以下采用恒转矩调速运行时，由于稳态时转子磁链保持不变，转速与转子电阻不能同时辨识，所以在无速度传感器矢量控制系统中同时辨识转速与转子电阻存在困难。经过多年的研究，出现了以下几种解决方法：1)在模型参考自适应系统中，构建自适应率辨识定子电阻，由离线时定子电阻与转子电阻之间的比值，在线辨识出转子电阻，该方法依赖定子电阻辨识的精度并且前提保证在相同的温升时定、转子电阻有相同的变化趋势；2)通过向定子电流励磁分量注入两种不同频率的谐波，构成自适应律辨识转子时间常数，给系统带来了额外的噪声与对输出电压、输出电流产生谐波；3)由开环数学模型估计转速，由其他方法如构建自适应率，基于神经网络技术辨识转子时间常数，同样稳态时转速与转子不能同时辨识；4)基于扩展卡尔曼滤波技术，计算复杂，不易于实现。系统参数辨识各方法中，最小二乘法由于原理简明，收敛较快，易于理解，易于编程实现等特点，在系统参数辨识估计中应用相当广泛。其中批处理最小二乘法每次处理的数据量较大，不仅占用内存大，而且不能用于参数在线实时估计，解决这类缺点就需要用到递推算法。

综上所述，目前已知的电机无速度传感器矢量控制系统转子电阻的辨识问题，要么采用的是注入多次谐波构建自适应机构辨识，要么单纯从动态下利用数学方法提取转子电阻的相关信息进行辨识；对于同时考虑到动态过程和稳态过程且不须长期注入谐波的无速度传感器转子电阻在线辨识技术基本未见涉及。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种无速度传感器矢量控制系统的电机转子电阻在线辨识方法，克服了电机上安装速度传感器困难以及速度传感器无法适应各种使用环境的缺陷，同时实现转子电阻的在线辨识，能够准确的测算出电机参数的变化，并对电机控制器进行调整，提高电机控制器的性能，使电机具有较好的鲁棒性。

异步电机转子电阻的在线辨识方法，其包括以下步骤：

a)电机启动运行，启动时给定电机的指定转速和转子磁链，同时启动第一定时器开始计时，此时全阶状态观测器中的转子电阻为离线检测值；

b)对电动机的运行状态进行检测，即通过辨识当前转速与给定电机转速的正负差值来判定系统是否处于动态状态；

c)如果判定为动态状态，则跳转到步骤d，如果判定为稳定状态，则跳转到步骤e；

d)启动第二定制器开始计时，磁链观测器测算转子磁链及转子电流，并将检测的值传递给递推最小二乘法计算单元，递推最小二乘法计算单元计算出实时状态下的转子电阻，跳转到步骤f；

e)判断第一定时器定时时间是否已到，若定时时间已到，则向无速度传感器矢量控制系统的磁链给定模块注入谐波信号，跳转到步骤d执行，然后跳转到步骤f，若第一定时器的定时时间还没到，则跳转到步骤g；

f)判断第二定时器定时时间是否已到，若定时时间已到，将计算得到的转子电阻在线刷新磁链观测器中的转子电阻值R_r，若定时时间还没到，则跳转到步骤g；此步骤中设置的定时器2的延时判定是由于转子电阻在变化过程中有渐变性，设置的延时判定是为了保证计算所得的转子电阻与实际值吻合，更好的提高电机的性能。

g)在线辨识过程结束，系统中转子电阻值为离线检测值。