感應電機的轉速與參數同時辨識方法技術

感應電機的轉速與參數同時辨識方法，屬于電機驅動控制技術領域。它解決了現有電機控制系統中采用觀測器獲得感應電機的轉速與參數信息時，由于觀測器所使用的感應電機狀態方程的階數高，造成觀測器的計算量過大的問題。本發明專利技術將感應電機中的狀態變量中涉及的七個變量拆分為分別由六個變量組成的兩個狀態變量，再通過第一串行雙EKF觀測器和第二串行雙EKF觀測器分別進行觀測實現辨識，兩個串行雙EKF觀測器交替運行，設定一個計算周期占用兩個采樣周期，并在一個計算周期的第一采樣周期中運行第一串行雙EKF觀測器，第二采樣周期中運行第二串行雙EKF觀測器。本發明專利技術用于感應電機轉速與參數的辨識。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，屬于電機驅動控制技術領 域。
技術介紹
在各種機電能量轉換裝置中，感應電機因具有結構簡單、堅固耐用、轉動慣量小、 運行可靠、制造方便、成本低、便于維修以及可工作于惡劣環境等優點，而在工業領域得到 了廣泛的應用。為了使感應電機系統能夠適應高轉速精度要求的場合，通常采用矢量控制 技術或直接轉矩控制技術對其進行控制。傳統的感應電機矢量控制系統需要安裝轉速傳感 器，以實現高性能轉速閉環控制，但速度傳感器的安裝會對感應電機矢量控制系統造成成 本上升及可靠性降低等問題。基于此，通過感應電機系統的電量信號間接獲得速度信號，進 而取消速度傳感器的無速度傳感器控制技術受到了廣泛重視。由電機控制系統的工作原理可知，為獲得優良的控制性能，需要獲得轉速、轉子磁 鏈，定子電阻和轉子電阻的信息。在現有方案中，基于擴展卡爾曼濾波(EKF)的轉速與參 數觀測器能夠獲得滿意的辨識精度，但是由于感應電機是一個高階、非線性的強耦合系統， EKF觀測器所使用的感應電機狀態方程為6階，造成觀測器的計算量過大，現有數字處理芯 片尚無法同時滿足電機系統對辨識精度和辨識結果的高實時性的雙重要求，因此也制約了 無速度傳感器感應電機系統的實際應用。
技術實現思路
本專利技術是為了解決現有電機控制系統中采用觀測器獲得感應電機的轉速與參數 信息時，由于觀測器所使用的感應電機狀態方程的階數高，造成觀測器的計算量過大的問 題，提供一種。本專利技術基于第一串行雙EKF觀測器和第二串行雙EKF觀測器實現，將\ = T的觀測，兩個串行雙EKF觀測器的具體運行過程為 步驟一初始化狀態變量X1 (0)和X2 (0)，令標志位flag = 0 ； 步驟二 在第k+Ι個計算周期，k為自然數，對標志位flag的取值進行判斷，若flag = 0，判定為該計算周期中的第一采樣周期，執行步驟三；若標志位flag = 1，判定為該計算周期中的第二采樣周期，執行步驟四；步驟三運行第一串行雙EKF觀測器，辯識狀態變量X1，然后更新狀態變量&中與 狀態變量X1有關的變量…⑴I^1 α + l)，除了 Rr，再令標志位flag = 1，返回步驟二；步驟四運行第二串行雙EKF觀測器辯識狀態變量&，然后更新狀態變量X1中與 狀態變量&有關的變量…，除了 rs，再令標志位flag = ο，k = k+i，返 回步驟二。本專利技術的優點是本專利技術采用交替運行的兩個串行雙EKF觀測器實現對感應電機 的轉速、轉子磁鏈和定子、轉子參量的實時在線辨識，為實現感應電機無速度傳感器的高性 能矢量控制系統奠定了基礎。它通過采用交替串行雙EKF觀測器，在保證電機轉速和參數 辨識的精度和實時性的同時，有效降低了觀測器由于采用的感應電機狀態方程的階數高而 造成的計算量大的問題，即本專利技術所提出的方法的實際計算量與標準EKF的計算量相比減 小約50%，比交替EKF的計算量減小約25%，進而降低了對觀測器運算速度的要求，易于實 現。附圖說明圖1為本專利技術方法的流程框圖；圖2為第一串行雙EKF觀測器的運行原理圖；圖3為第二串行雙EKF觀測器的運行原理圖。具體實施例方式具體實施方式一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式基于第一串行雙EKF觀測器1和第二串行雙EKF觀測器2實現，將\ = Mt為第一串行雙EKF觀測器1的狀態變量，其中isa為定子電流的α軸分量，is0為定子電流的β軸分量，Vra為轉子磁鏈 的α軸分量，Ψμ為轉子磁鏈的β軸分量，為轉子轉速，艮為轉子電阻，將& = T的觀測，兩個串行雙EKF觀測器的具體運行過程為步驟一初始化狀態變量X1 (0)和& (0)，令標志位flag = 0 ；步驟二 在第k+Ι個計算周期，k為自然數，對標志位flag的取值進行判斷，若 flag = 0，判定為該計算周期中的第一采樣周期，執行步驟三；若標志位flag = 1，判定為 該計算周期中的第二采樣周期，執行步驟四；步驟三運行第一串行雙EKF觀測器1，辯識狀態變量X1，然后更新狀態變量&中 與狀態變量X1有關的變量，Λ(幻+ ，除了艮，再令標志位flag = 1，返回步驟二；步驟四運行第二串行雙EKF觀測器2辯識狀態變量&，然后更新狀態變量X1中 與狀態變量&有關的變量，pa+De^a+i)，除了 rs，再令標志位flag = ο，k = k+i，返回步驟二。本實施方式將感應電機中的狀態變量中涉及的七個變量拆分為分別由六個變量 組成的兩個狀態變量，再通過第一串行雙EKF觀測器1和第二串行雙EKF觀測器2分別進 行觀測實現辨識，兩個串行雙EKF觀測器所采用的狀態方程可分別根據感應電機的全階狀 態方程進行降階獲得，并且兩個串行雙EKF觀測器交替運行，設定一個計算周期占用兩個 采樣周期，并在一個計算周期的第一采樣周期中運行第一串行雙EKF觀測器1，第二采樣周 期中運行第二串行雙EKF觀測器2。由電機控制系統的工作原理以及運行過程中的電機參數變化的特點可知，為獲得 優良的控制性能，轉速和轉子磁鏈需要實時辨識，而其定子電阻和轉子電阻的變化相對緩 慢，因此可以認為在一個采樣周期內定轉子電阻的變化率等于零。將定轉子電阻作為狀態 變量加入狀態方程。在第一串行雙EKF觀測器1工作時，將定子電阻Rs作為已知常量，第二 串行雙EKF觀測器2工作時，將轉子電阻艮作為已知常量，在第一串行雙EKF觀測器1運 行結束時，將其得到的變量辨識結果作為第二串行雙EKF觀測器2的當前值，并將得到的轉 子電阻R,作為第二串行雙EKF觀測器2的常數，并令標志位flag= 1 ；同理，在第二串行雙 EKF觀測器2運行結束時，將其得到的變量辨識結果作為第一串行雙EKF觀測器1的當前 值，并將得到的定子電阻Rs作為第一串行雙EKF觀測器1的常數，同時令標志位flag = 0。本實施方式降低了感應電機狀態方程的階數，使得在每個采樣周期的計算量大大 減小，并且對實時性要求較高的電機轉速和轉子磁鏈的信息在每個采樣周期內都能夠得到 更新，由此保證了其實時性。電機的定子和轉子電阻的更新速度會延時一個采樣周期，這是 由于電機在實際運行中，電阻參數的變化比較緩慢，對其實時性要求不是很高，因此能夠滿 足系統對參數魯棒性的要求。具體實施方式二 本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述第一串行雙EKF觀測器1所使用的感應電機6階狀態方程為 權利要求1. 一種，其特征在于它基于第一串行雙EKF觀 測器⑴和第二串行雙EKF觀測器⑵實現，將\= T的觀測，兩個串行雙EKF觀測器的具體運行過程為 步驟一初始化狀態變量X1 (0)和& (0)，令標志位flag = 0 ；步驟二 在第k+Ι個計算周期，k為自然數，對標志位flag的取值進行判斷，若flag = 0，判定為該計算周期中的第一采樣周期，執行步驟三；若標志位flag = 1，判定為該計算周 期中的第二采樣周期，執行步驟四；步驟三運行第一串行雙EKF觀測器(1)，辯識狀態變量X1，然后更新狀態變量&中與 狀態變量X1有關的變量…⑴— Α α + ι)，除了艮，再令標志位flag = 1，返回步驟二；步驟四運行第二串行雙EKF觀測器( 辯識狀態變量&，然后本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種感應電機的轉速與參數同時辨識方法，其特征在于：它基于第一串行雙ＥＫＦ觀測器（１）和第二串行雙ＥＫＦ觀測器（２）實現，將ｘ↓［１］＝［ｉ↓［ｓα］，ｉ↓［ｓβ］，ψ↓［ｒα］，ψ↓［ｒβ］，ω↓［ｒ］，Ｒ↓［ｒ］］↑［Ｔ］作為第一串行雙ＥＫＦ觀測器（１）的狀態變量，其中ｉ↓［ｓα］為定子電流的α軸分量，ｉ↓［ｓβ］為定子電流的β軸分量，ψ↓［ｒα］為轉子磁鏈的α軸分量，ψ↓［ｒβ］為轉子磁鏈的β軸分量，ω↓［ｒ］為轉子轉速，Ｒ↓［ｒ］為轉子電阻，將ｘ↓［２］＝［ｉ↓［ｓα］，ｉ↓［ｓβ］，ψ↓［ｒα］，ψ↓［ｒβ］，ω↓［ｒ］，Ｒ↓［ｓ］］↑［Ｔ］作為第二串行雙ＥＫＦ觀測器（２）的狀態變量，其中Ｒ↓［ｓ］為定子電阻，設定兩個串行雙ＥＫＦ觀測器的一個計算周期占用兩個采樣周期，在一個計算周期中，第一采樣周期運行第一串行雙ＥＫＦ觀測器（１），實現對狀態變量ｘ↓［１］＝［ｉ↓［ｓα］，ｉ↓［ｓβ］，ψ↓［ｒα］，ψ↓［ｒβ］，ω↓［ｒ］，Ｒ↓［ｒ］］↑［Ｔ］的觀測；第二采樣周期運行第二串行雙ＥＫＦ觀測器（２），實現對狀態變量ｘ↓［２］＝［ｉ↓［ｓα］，ｉ↓［ｓβ］，ψ↓［ｒα］，ψ↓［ｒβ］，ω↓［ｒ］，Ｒ↓［ｓ］］↑［Ｔ］的觀測，兩個串行雙ＥＫＦ觀測器的具體運行過程為：步驟一：初始化狀態變量ｘ↓［１］（０）和ｘ↓［２］（０），令標志位ｆｌａｇ＝０；步驟二：在第ｋ＋１個計算周期，ｋ為自然數，對標志位ｆｌａｇ的取值進行判斷，若ｆｌａｇ＝０，判定為該計算周期中的第一采樣周期，執行步驟三；若標志位ｆｌａｇ＝１，判定為該計算周期中的第二采樣周期，執行步驟四；步驟三：運行第一串行雙ＥＫＦ觀測器（１），辯識狀態變量ｘ↓［１］，然后更新狀態變量ｘ↓［２］中與狀態變量ｘ↓［１］有關的變量，＊↓［２］（ｋ）←＊↓［１］（ｋ＋１），除了Ｒ↓［ｒ］，再令標志位ｆｌａｇ＝１，返回步驟二；步驟四：運行第二串行雙ＥＫＦ觀測器（２）辯識狀態變量ｘ↓［２］，然后更新狀態變量ｘ↓［１］中與狀態變量ｘ↓［２］有關的變量，＊↓［１］（ｋ＋１）←ｘ↓［２］（ｋ＋１），除了Ｒ↓［ｓ］，再令標志位ｆｌａｇ＝０，ｋ＝ｋ＋１，返回步驟二。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳鳳江，李偉，李賀龍，彭浩榮，孫光洲，劉明建，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：93