[发明专利]无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法有效

专利信息
申请号: 201910430540.6 申请日: 2019-05-22
公开(公告)号: CN110048653B 公开(公告)日: 2020-08-21
发明(设计)人: 卜文绍;李娜;陈有鹏;屠晓婉;卢盼超 申请(专利权)人: 河南科技大学
主分类号: H02P21/00 分类号: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18
代理公司: 洛阳公信知识产权事务所(普通合伙) 41120 代理人: 陈利超
地址: 471000 河*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 轴承 异步电机 滑模变 结构 mras 转速 辨识 方法
【权利要求书】:

1.无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、建立无轴承异步电机转矩系统转子磁链的参考模型和观测模型

设定α-β为静止两相正交坐标系,其α坐标轴与三相无轴承异步电机A相转矩绕组的轴线方向一致,β坐标轴在α坐标轴的逆时针垂直方向,建立无轴承异步电机转子磁链的电压模型和电流模型:

式(1)为电压模型,式(2)为电流模型,式(1)和式(2)中,分别为转子磁链的α、β轴分量;us1αus1β分别为转矩绕组电压的α、β轴分量;is1αis1β分别为转矩绕组电流的α、β轴分量;Rs1Rr1分别为转矩系统的定子电阻、转子电阻;Ls1Lr1Lm1分别为转矩系统的定子自感、转子自感、定转子互感;ωr为转子旋转角速度;Tr1=Lr1/Rr1为转子时常;为漏感系数;p为微分算子;

以式(1)作为转子磁链的参考模型;并用辨识转速替换式(2)中的转速变量ωr,得到转子磁链的观测模型:

式(3)中,为α-β坐标系中转子磁链分量的观测值;为辨识转速;

步骤二、建立无轴承异步电机MRAS转速辨识的滑模变结构优化自适应律

定义转子磁链参考模型所输出的转子磁链与转子磁链观测模型所输出的转子磁链之间的误差函数为滑模面切换函数S:

式(6)中,为α-β坐标系中转子磁链分量参考值;为α-β坐标系中转子磁链分量的观测值;

建立MRAS转速辨识的滑模变结构自适应律:

式(14)中,N0,sign( )为符号函数;为等效辨识转速;

采用具有连续光滑特性的sigmoid函数替换式(14)中的符号函数sign(S),得到滑模变结构优化自适应律:

式(17)中,为等效辨识转速; A0;M为连续Sigmoid函数,其表达式为:

式(18)中,a为大于零的常数;为α-β坐标系中转子磁链分量参考值;为α-β坐标系中转子磁链分量的观测值;

然后采用低通滤波器对式(17)所得的等效辨识转速进行滤波处理,即可得到辨识转速,采用的低通滤波器模型为:

式(16)中,T为低通滤波器时间常数;S为滑模面切换函数;为等效辨识转速;为经过低通滤波器处理之后得到的辨识转速;

步骤三、建立无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识器

将α-β静止两相正交坐标系中转矩绕组的定子电压分量us1αus1β和定子电流分量is1αis1β送入转子磁链的参考模型,得到转子磁链分量参考值;

将定子电流分量is1αis1β和上一个采样周期的辨识转速送入转子磁链的观测模型,得到当前采样周期的转子磁链分量观测值;对于初始采样周期,采用预先设定的辨识转速初始值ω0替代上一个采样周期的辨识转速;

然后将转子磁链分量参考值和当前采样周期的转子磁链分量观测值送入滑模变结构优化自适应律,将其输出的等效辨识转速送入步骤二的低通滤波器,得到当前采样周期的辨识转速;

再通过当前采样周期的辨识转速替换上一个采样周期的辨识转速,得到下一个采样周期的辨识转速,重复上述过程即可持续得到后续每个采样周期的辨识转速,从而实现无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识。

2.根据权利要求1所述的无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法,其特征在于:步骤一中,对转子磁链观测模型进行辨识精度改进处理,首先通过一个一阶惯性环节来替代转子磁链参考模型中的纯积分环节,再用一个一阶低通滤波器对该一阶惯性环节的输出信号进行全补偿,即通过一阶惯性环节及其输出信号的低通滤波补偿环节共同构成一个等效积分环节,并通过等效积分环节替代转子磁链参考模型中的纯积分器,等效积分环节的输入变量与输出变量之间的关系为:

式(4)中:x为等效积分环节的输入变量;y为等效积分环节的输出变量;ωc为系统的截止频率。

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