[发明专利]基于功率计算的转差估计系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及异步电机控制领域，更具体地说，涉及一种基于功率计算的转差估计系统及方法。

背景技术

为了实现异步电机转子磁场定向控制，需要获得转子实际转速和控制用的转差。目前转子的转差通过以下方式获得：首先通过离线辨识方式，高精度地测量得到电机的转子电感Lr和转子电阻Rr；然后利用公式（1），计算得到转子时间常数Tr；接着通过已知的转子时间常数Tr和控制采用的转矩电流指令Isq*和励磁电流指令Isd*，利用公式（2）计算转差Wsl。从而通过上述获得的转差实现异步机的转子磁场定向控制。

Tr=Lr/Rr            （1）

Wsl=Isq*/(Isd*×Tr) （2）

其中，Isq*、Isd*分别为转矩电流指令、励磁电流指令。

然而上述方式中采用的电流指令Isq*、Isd*计算电机转差是对理论上采用电流反馈Isq、Isd的一种近似。当电机的电流指令与电流反馈存在偏差，即电流无法闭环控制时该近似计算就不成立了。

此外，还有通过以下方式计算获得转差：首先通过离线辨识方式，高精度地测量得到电机的转子电感Lr和转子电阻Rr；然后利用公式（1），计算得到转子时间常数Tr；最后通过已知的Tr和控制采用的反馈转矩电流Isq和反馈励磁电流Isd，利用公式（3）进行转差Wsl的计算。

Wsl=Isq/(Isd×Tr)    （3）

其中，Isq、Isd分别为反馈转矩电流、反馈励磁电流。

该方案中采用理论上的反馈电流Isq、Isd计算转差，但当公式（1）中用于转差计算的时间常数Tr不准确时，电机转子定向控制角度也将出现偏差。从而由控制角度分解获得的反馈电流Isq、Isd与实际磁场角度分解的反馈电流不一致由此计算获得的转差也将偏离理论值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述异步电机转子磁场定向控制中使用的转差存在偏差的问题，提供一种基于功率计算的转差估计系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种基于功率计算的转差估计系统，包括电流采样单元、电流转换单元、电流调节单元以及转差计算单元，其中：所述电流采样单元，用于采样异步电机三相电流；所述电流转换单元，用于通过磁场角度对所述三相电流进行转换获得反馈电流D轴分量和Q轴分量；所述电流调节单元，用于根据反馈电流D轴分量、Q轴分量、转矩电流指令及励磁电流指令获得D轴定子电压、Q轴定子电压；所述转差计算单元，用于根据D轴定子电压、Q轴定子电压、反馈电流D轴分量、Q轴分量以及转子时间常数获得转差。

在本发明所述的基于功率计算的转差估计系统中，所述转差计算单元通过以下计算式获得转差Ws1：

Wsl=(Usq×Isq+Usd×Isd-Rs×(Is^2))×Tr/(Usq×Isd-Usd×Isq-Ws×σLs×(Is^2))，

其中Usq、Usd、Isq、Isd、Rs、Ws、σLs分别为Q轴定子电压、D轴定子电压、反馈电流Q轴分量、反馈电流D轴分量、电机定子电阻、当前电机控制使用的同步频率及电流漏感；Is^2=Iu^2+Iv^2+Iw^2，Iu、Iv、Iw为采样的异步电机三相电流；Tr为转子时间常数且Tr=Lr/Rr，Lr为转子电感，Rr为转子电阻。

在本发明所述的基于功率计算的转差估计系统中，所述转差估计系统还包括电机控制单元，用于通过所述转差对异步电机转子磁场进行定向控制。

在本发明所述的基于功率计算的转差估计系统中，所述转差估计系统还包括磁场角度计算单元，用于根据采样获得的转子转速与前一周期获得的转差相加获得控制电机的同步频率，并对所述同步频率进行角度积分累加获得磁场角度。

在本发明所述的基于功率计算的转差估计系统中，所述转子电感、转子电阻、电流漏感通过离线辨识获得。

本发明还提供一种基于功率计算的转差估计方法，包括以下步骤：

（a）采样异步电机的三相电流，并通过磁场角度对所述三相电流进行转换获得反馈电流D轴分量和Q轴分量；

（b）将输入的反馈电流D轴分量、Q轴分量、转矩电流指令及励磁电流指令输入电流调节器获得D轴定子电压、Q轴定子电压；

（c）根据D轴定子电压、Q轴定子电压、反馈电流D轴分量、Q轴分量以及转子时间常数获得转差。

在本发明所述的基于功率计算的转差估计方法中，所述步骤（c）中通过以下计算式获得转差Ws1：