一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法技術

本發明專利技術公開了一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法，提供一種基于POPOV超穩定性的無軸承異步電機轉速檢測系統及方法，以解決目前的無軸承異步電機轉速辨識不精確的問題。根據實測的定子電壓、電流信號通過改進的二階廣義頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器得到轉子磁鏈電壓模型觀測值，以觀測到的轉子磁鏈作為參考值，由轉子磁鏈電流模型求得轉子磁鏈作為可調值，構成基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統(MRAS)。通過合適的自適應律準確辨識出無軸承異步電機實時轉速。

【技術實現步驟摘要】
一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法
本專利技術是一種無軸承異步電機的轉速辨識方法。為無軸承異步電機的無速度運行提供了一種新的策略，適用于無軸承異步電機的無速度傳感器矢量控制方案，屬于電力傳動控制設備的

技術介紹
目前,三相異步電機的控制方式已趨成熟,矢量控制和直接轉矩控制能滿足大部分工況需求。無論哪種控制方式,轉速都是一個非常重要的控制量。但速度傳感器在某些情況下安裝困難,或是有時為了節省這部分成本,人們希望只根據變頻器上易測得的相電流、相電壓數據,實時辨識轉速,實現無速度傳感器控制。無軸承異步電機無速度傳感器原理可以分為兩種類型:一類要求轉子具有不對稱性,如轉子槽諧波法、高頻注入法,這類方法需要對信號的頻譜進行分析,程序費時費力,高速時對硬件要求很嚴格。另一類方法是基于無軸承異步電機的數學模型,用某種數學方法辨識其中的轉速,如基于狀態觀測器的方法,涉及人工智能的方法,以及基于模型參考白適應原理(MRAS)的方法。如今,科研工作者已經研發出很多基于無軸承異步電機數學模型的無速度傳感器算法。屬于狀態觀測器范時的有:全階狀態觀測器與降階狀態觀測器,擴展卡爾曼濾波器(EKF),以及滑模觀測器(SMO)。狀態觀測器法對電機參數變化敏感,為了満足全局穩定使得算法復雜,EKF計算復雜,大量隨機參數要調試得到；SMO魯棒性較強,但固有的抖動對電機低速運行有害。涉及人工智能的方法一直是本行業的研究熱點之一,只是受限于硬件,離實用化還有一定距離。傳統MRAS的物理意義明確,算法較簡單,穩態精度比較好,但抓轉子磁鏈電壓模型含有純積分環節，其積分初值和累計誤差會影響磁鏈觀測精度和轉速估計精度。隨著對MRAS算法的深入研究,人們發現選擇不同的參考模型和可調模型,可以演化出不同結構的MRAS辨識算法,如基于轉子磁鏈、基于反電勢、基于瞬時無功功率等。此外,在MRAS結構下應用滑模原理、模湖控制原理等,可以演化出很多不同的結構,研究改進的余地很大。
技術實現思路
為了解決上述技術同題。本專利技術提供一種基于POPOV超穩定性的無軸承異步電機轉速檢測系統及方法，以解決目前的無軸承異步電機轉速辨識不精確的問題,能夠在線觀測無軸承異步電機的轉子磁鏈和辨識轉速。該方法對電機本體參數變化不敏感,而對干擾有較強的魯棒性。這種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法,根據實測的定子電壓、電流信號通過改進的二階廣義積分頻率自適應器構成的磁鏈觀測器得到轉子磁鏈電壓模型觀測值，以觀測到的轉子磁鏈作為參考值，由轉子磁鏈電流模型求得轉子磁鏈作為可調值，構成基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統(MRAS)。通過合適的自適應律辨識無軸承異步電機轉速，得到準確的實時轉速值。本專利技術的技術方案為：一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法，包括以下步驟：步驟1，由傳感器測得三相異步電機的各相電流與電壓,輸入3相/2相靜止坐標變換模塊,得到定子電流is的分量isα和isβ,定子電壓us的分量usα和usβ；步驟2，根據實時測得的無軸承異步電機的定子電壓us、定子電流is,通過改進的二階廣義積分頻率自適應積分器構成磁鏈觀測器得到轉子磁鏈改進電壓模型觀測值，以觀測到的電壓型轉子磁鏈作為參考值，以觀測到的轉子磁鏈電流模型求得轉子磁鏈作為可調值，構成基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統；通過合適的自適應律準確辨識出無軸承異步電機實時轉速。進一步,由改進的二階廣義積分頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器，觀測到的轉子磁鏈電壓模型ψr如下：其中ψrα和ψrβ為通過改進的二階廣義頻率自適應積分器得到的轉子磁鏈ψr分量，usα和usβ為定子電壓us分量，isα和isβ為定子電流分量，Rs為定子電阻，G(s)為改進的二階廣義積分頻率自適應積分器中二階積分器傳遞函數，P為幅值補償和相位補償值，σ＝1-Lm2/LsLr，Lm為勵磁電感穩態值，Ls和Lr分別為定子、轉子電感。進一步,所述的轉子磁鏈電流模型作為可調模型，通過合適的自適應率辨識無軸承異步電機轉速的過程如下：首先，構建基于轉子磁鏈電流模型的觀測器，其中和為轉子磁鏈ψr分量，Tr＝Lm/Rr，為轉子電磁時間常數，p為微分算子，是辨識得到的異步電機轉速；其次，將改進的二階廣義頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器得到轉子磁鏈改進電壓模型觀測值ψrα和ψrβ作為參考值，和作為可調值，根據模型參考自適應法，自適應誤差值按下式求得：最后根據POPOV超穩定性原理設計合適的轉速自適應率，用PI控制器等效，因此PI控制器輸出的值即為測定的實時轉速:Kp，Ki為PI調節器的參數。本專利技術的有益效果在于,采用了改進的二階廣義頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器。根據實測的定子電壓、電流信號通過改進的二階廣義頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器得到轉子磁鏈改進電壓模型觀測值，以觀測到的轉子磁鏈作為參考值，由轉子磁鏈電流模型求得轉子磁鏈作為可調值，構成基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統(MRAS)。通過合適的自適應律辨識無軸承異步電機轉速，能有效解決電壓模型中純積分帶來的積分初值和累計誤差問題，改善低速情況下電機轉速的辨識精度，得到準確的實時轉速值。附圖說明圖1是矢量控制示意圖。圖2是改進二階廣義積分頻率自適應積分器示意圖。圖3是改進轉子磁鏈電壓模型示意圖。圖4是轉速辨識示意圖。圖5是基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。參見圖1的強電部分,三相交流電源經過不控整流得到直流母線電壓udc,供給電壓源型逆變器,再得到供給無軸承異步電機的三相電源。弱電部分,釆用矢量控制方式,包含電壓、電流傳感器,3相/2相靜止坐標變換模塊,2相靜止/2相同步速坐標變換模塊,新型觀測器模塊,普通觀測器模塊，轉速推算模塊,調控模塊，速度環PI控制器模塊,電流環PI控制器模塊,2相同步速/2相靜止坐標變換模塊,電壓空間矢量脈寬調制模塊。本專利技術主要涉及新型觀測器模塊,其他模塊為無軸承異步電機矢量控制所需的功能性模塊,為本領域公知常識。下面描述整個系統的工作流程,以介紹各模塊的連接關系。1、由傳感器測得三相異步電機的各相電流與電壓,輸入3相/2相靜止坐標變換模塊,得到定子電流is的分量isα和isβ,定子電壓us的分量usα和usβ。2、利用定子電壓、電流信號,通過本專利技術的新型觀測器,得到辨識轉速n同步速角度θ。新型觀測器包含:(a)改進的二階廣義積分頻率自適應器構成的磁鏈觀測器模塊,(b)轉子磁鏈空間位置角θ計算模塊,(c)轉子磁鏈電流模型模塊,(d)誤差值計算模塊,(e)轉速自適應模塊。具體的細節如圖2所示。下面具體介紹新型觀測器的構建過程：3、根據所述的無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識方法，由所述的改進的二階廣義頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器，觀測到的轉子磁鏈電壓模型ψr如下：其中ψrα和ψrβ為通過改進積分器得到的轉子磁鏈ψr分量。usα和usβ為定子電壓us分量，isα和isβ為定子電流分量，Rs為定子電阻，G(s)為改進二階積分器傳遞函數，P為幅值補償和相位補償值，σ＝1-Lm2/LsLr，Lm為勵磁電感穩態值，Ls和Lr分別為定子、轉子電感。上式的實現過程中有二點值得說明：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法，其特征在于,包括以下步驟：步驟1，由傳感器測得三相異步電機的各相電流與電壓,輸入3相/2相靜止坐標變換模塊,得到定子電流is的分量i

【技術特征摘要】
1.一種無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法，其特征在于,包括以下步驟：步驟1，由傳感器測得三相異步電機的各相電流與電壓,輸入3相/2相靜止坐標變換模塊,得到定子電流is的分量isα和isβ,定子電壓us的分量usα和usβ；步驟2，根據實時測得的無軸承異步電機的定子電壓us、定子電流is,通過改進的二階廣義積分頻率自適應積分器構成磁鏈觀測器得到轉子磁鏈改進電壓模型觀測值，以觀測到的電壓型轉子磁鏈作為參考值，以觀測到的轉子磁鏈電流模型求得轉子磁鏈作為可調值，構成基于轉子磁鏈的模型參考自適應系統；通過合適的自適應律準確辨識出無軸承異步電機實時轉速。2.根據專利要求1所述的無軸承異步電機轉子磁鏈觀測與轉速辨識的方法，其特征在于,由改進的二階廣義積分頻率自適應積分器構成的磁鏈觀測器，觀測到的轉子磁鏈電壓模型ψr如下：其中ψr...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫宇新，唐敬偉，施凱，吳昊陽，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32