[发明专利]一种交流异步电机矢量控制系统模型参数在线修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及变频调速技术领域,特别是一种交流异步电机矢量控制系统模型参数在线修正方法。

背景技术

基于转子磁场定向的异步电机矢量控制系统很多环节都涉及到电机参数的使用，如磁通计算、转矩计算、磁通角度计算以及d轴励磁分量和q轴转矩分量的解耦计算等。因此电机参数辨识的准确程度决定了矢量控制的精度和效果。实时准确地更新交流异步电机矢量控制系统模型参数，是实现高性能矢量控制变频调速技术的前提。

目前电机参数离线辨识方法在理论和实践应用中均比较成熟，且能达到较高的电机参数辨识精度。但是电机参数在电机运行过程中会受到温升等因素的影响而发生变化，如果在运行过程中无法做到参数实时更新，则会对矢量控制效果造成很大的影响，因此在电机运行过程中对电机参数进行在线辨识非常有必要。

当前的电机参数在线辨识算法要不是实现复杂，会占用大量的CPU资源，实时性无法保证，就是稳定性差，容易受噪声干扰等因素影响，或者要保证有良好给定初值条件下，才能获得良好的辨识精度。在众多的电机参数识别算法当中，递推最小二乘算法由于计算量小，不需要大矩阵求逆，计算和收敛速度较快，在工程实际中被广泛采用。但该算法目前仅在电机参数离线辨识中得到了成功的应用，而对于参数在线辨识，由于无法消除电机变换的转速以及磁链耦合的影响，在电机数学模型未得到简化的情况下，无法应用递推最小二乘对电机参数进行递推运算。现有在线参数辨识方法中也有利用递推最小二乘算法对电机参数进行在线辨识计算，但却是完全基于一种假设的前提下进行的，即假设电机转速恒定，因此也仅限于仿真研究，无法在实践中应用。

矢量控制是当前工业系统变频调速应用的主流，它在分析交流异步电机的数学模型基础上，通过坐标变换和转子磁场定向，实现定子电流转矩分量与励磁分量的完全解耦，得到类似直流电机的动态数学模型，然后模拟直流电机进行控制，可获得良好的静、动态性能。其缺点是控制精度依赖于对定子电阻R_s、转子电阻R_r、定子电感L_s、转子电感L_r、互感L_m等多个电机参数的准确识别，尤其是磁链闭环控制系统中转子磁通的检测精度受转子时间常数τ_r(τ_r＝L_r/R_r)的影响较大，由于转子时间常数τ_r(主要是转子电阻)受温度等因素影响较大，在电机整个运行过程中变化可达150％，必须实时在线检测。因此电机参数的正确辨识是矢量控制系统实现高性能电机调速的前提。传统离线电机参数检测的方法有空载和堵转实验，但往往受到现场条件的限制而无法实施。一些智能控制算法如粒子群算法、蚁群算法、遗传算法、神经网络等用于电机参数的离线检测具有较好的精度，但是计算量很大，收敛速度慢不适合参数在线计算。递推最小二乘法对参数敏感性好，计算和收敛速度快，可同步一次性辨识出全部参数，且通用性强。但是多数研究为了简化计算过程，将数学模型建立在电机是静止不动的基础上，因此只能用于电机参数离线静态辨识。因此如何进一步简化电机参数动态在线辨识的计算模型，提高计算速度和精度对于加快电机参数在线检测算法进入实际应用，提高电机矢量控制的性能至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种交流异步电机矢量控制系统模型参数在线修正方法，满足电机参数在线辨识的实时性和高精确度要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种交流异步电机矢量控制系统模型参数在线修正方法，包括以下步骤：

1)通过电机参数静态辨识方法获得准确的电机初始参数：定子电阻R_s、转子电阻R_r、定子电感L_s、转子电感L_r和互感L_m(定子与转子间互感)；

2)将上述电机初始参数作为矢量控制系统模型的参数，用于控制电机带动负载运行；

3)在负载恒定时，如果转速控制波动在原来的基础上增加一倍以上，对转子磁通进行恒定控制；

4)在转子磁通恒定时，将闭环给定的参考转矩电流切换为恒定参考转矩电流，使输出电磁转矩保持恒定；

5)控制电机转速，当电机转速恒定时，对电机初始参数进行在线辨识计算，得到最新的电机参数；

6)利用最新的电机参数更新矢量控制系统模型中参与计算的电机初始参数，同时将恒定参考转矩电流切换为参考转矩电流，并撤销对转子磁通的恒定控制。