[发明专利]异步电机转子磁链观测与转速辨识的方法

权利要求书

1.一种异步电机转子磁链观测与转速辨识的方法，其特征在于，根据实时测得的异步电机的定子电压u_s、定子电流i_s，通过基于极致扭曲理论的滑模观测器，观测得到转子磁链ψ_r并作为参考值，由转子磁链电流模型求得的转子磁链作为可调值，构成基于转子磁链的模型参考自适应系统，通过自适应律来辨识异步电机转速

2.根据权利要求1所述的异步电机转子磁链观测与转速辨识的方法，其特征在于，由所述的基于极致扭曲理论的滑模观测器，观测得到转子磁链ψ_r的过程如下：

首先，将三相异步电机在静止坐标系下的数学模型写作如下形式：

i·sα=-k1·isα+k2·(b·ψrα+ωr·ψrβ)+k3·usαi·sβ=-k1·isβ+k2·(b·ψrβ-ωr·ψrα)+k3·usβψ·rα=a·isα-b·ψrα-ωr·ψrβψ·rβ=a·isβ-b·ψrβ+ωr·ψrα]]>

上式中，i_sα和i_sβ为定子电流i_s的分量，u_sα和u_sβ为定子电压u_s的分量，ψ_rα和ψ_rβ为转子磁链ψ_r分量；

R_s为定子电阻，L_m为励磁电感的稳态值，L_s和L_r分别为定子、转子电感，T_r为转子时间常数，ω_r为转子转速，则上式中出现的其他量表示为：

k1=Rs/σLs+Lm2/σLsLrTr]]>

k₂＝L_m/σL_sL_r

k₃＝1/σL_s

a＝L_m/T_r

b＝1/T_r

其次，对上述模型作基于极致扭曲理论的变换如下：

z1=isαz2=isβz3=b·ψrα+ωr·ψrβz4=b·ψrβ-ωr·ψrα]]>

其中z₁~z₄为数学中间变量；

变换后，三相异步电机静止坐标系下的数学模型写为：

z·1=-k1·z1+k2·z3+k3·usαz·2=-k1·z2+k2·z4+k3·usβ]]>

于是，根据极致扭曲理论的形式构建转子磁链观测器：

z^·1=-k1·z1+k2·z~3+k3·usα+λ1·|e1|0.5·sgn(e1)z~·3=δ1·sgn(e1)z^·2=-k1·z2+k2·z~4+k3·usβ+λ2·|e2|0.5·sgn(e2)z~·4=δ2·sgn(e2)]]>

其中，e₁和e₂为误差值，有sgn()是符号函数，λ₁、λ₂和δ₁、δ₂为预先设定的滑模增益；

最后，从上式得到的观测值和它们与转子磁链有如下关系：

ψrα=∫0t(-z~3+LmTr·z^1)·dt]]>

ψrβ=∫0t(-z~4+LmTr·z^2)·dt]]>

上式中，L_m为励磁电感，T_r为转子时间常数；

由上述观测器得到的转子磁链，在静止坐标系下表示为[ψ_rαψ_rβ]^T，作为模型参考自适应法的参考值。

3.根据权利要求1或2所述的转子磁链观测与转速辨识的方法，其特征在于，所述的转子磁链电流模型作为可调模型，通过自适应律辨识异步电机转速的过程如下：

首先，构建基于转子磁链电流模型的观测器，

ψ^rα=11+Tr·p·(Lm·isα-ω^r·Tr·ψ^rβ)]]>

ψ^rβ=11+Tr·p·(Lm·isβ+ω^r·Tr·ψ^rα)]]>

上式中，ψ^rαψ^rβT]]>是观测的转子磁链值，p为微分算子，是辨识得到的异步电机转速，T_r为转子时间常数；

其次，将基于极致扭曲理论的滑模观测器的输出值[ψ_rαψ_rβ]^T作为参考值，ψ^rαψ^rβT]]>作为可调值，根据模型参考自适应法，自适应误差值按下式求得：

ϵ=ψ^rα·ψrβ-ψ^rβ·ψrα]]>

最后，根据稳定性原理设计转速的自适应律，用PI控制器等效，因此PI控制器的输出值即为异步电机转速辨识结果