[发明专利]直线感应电机在线参数辨识方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及直线感应电机控制领域，提出电机次级时间常数的一种在线辨识方法。 该方法也可适用于旋转感应电机的在线辨识控制算法中。

背景技术

直线感应电动机是一种普遍运用的直线电机，能够直接产生直线机械运动。但由于结构 特殊，存在边端效应，电机参数在运行中发生变化，导致磁场定向不准确，控制效果变差， 需要通过在线辨识的方法实时掌握电机参数。Z.R.Zhang等人在文献LIM dynamic  performance assessment from parameter identification.(IEEE Industry applications  society annual meeting，Vol.1，Aug，1993：295-300.)中提出了一种直线感应电机的参数 在线辨识算法，对电机动态性能进行评估。该算法实时测量电机端口的电压、电流，采用硬 件电路计算基波分量，得到电机的动态阻抗，然后利用参数辨识算法实时更新励磁电感L_m和次级电阻R₂。但是其提出的算法是基于电机稳态模型的，而且需要实时计算电压、电流的 基波分量，误差较大，应用不方便。

间接磁场定向控制是一种高性能的电机控制策略，能够实现磁链与转矩的解耦控制，具 有良好的动静态特性。在旋转电机的间接磁场定向控制中，转子磁链角度计算的准确性受转 子时间常数影响很大(“转子”对应为直线感应电机中的“次级”)，如果控制器中所用的转 子时间常数与实际电机的不同，将导致磁链角度计算错误，磁场定向发生偏差，使励磁与转 矩电流分量之间产生耦合，电机动态特性变差，损耗增加。实际上，在电机运行中，电机内 转子温升会导致转子电阻值发生变化，磁饱和效应也会改变电机电感以及转子时间常数，从 而使磁链角度计算错误，磁场定向发生偏差。因此，采用在线参数辨识，克服运行条件造成 参数变化的不利影响是旋转电机控制领域的重要研究课题，逐渐成为研究热点。

S.Wade等人在文献A new method of rotor resistance estimation for  vector-controlled induction machines(IEEE Trans on Industry Electronics.， Vol.44(2)，1997：247-257)中通过施加励磁电流分量短脉冲，判断转矩电流分量的变化来 辨识，缺点是收敛时间较长。K.T.Hung与R.D.Lorenz.在文献A rotor flux error-based  adaptive tuning approach for feedforward field oriented induction machine drives  (Industry applications society annual meeting，Vol.1，IEEE 1990：589-594)中根据观 测磁链的q轴分量是否为零来判断转子时间常数是否正确，该方法计算复杂，而且对参数依 赖性很大。J.K.Seol与S.K.Sul在文献Induction motor parameter tuning for high  performance drives(IEEE Trans on Industry Application.Vol.37(1)，2001：35-41) 中利用空载时转速调节器输出是否为零作为转子时间常数是否准确的判据，无法在线自动辨 识，需要人为干预判断。K.Tungpimolrut与F.Z.Peng等人在文献Robust vector control of  induction motor without using stator and rotor circuit time constant.(IEEE Trans  on Industry Applications Vol.30(5)，1994：1241-1246)中通过电机电压、电流计算能量 函数，采用简单的PI调节器辨识转子时间常数。计算基波电压需要低通滤波器，计算能量 函数时还需要其他电机参数。A.B.Razzouk等人在文献Implementation of DSP based real  time estimator of induction motors rotor time constant(IEEE Trans on Power  Electronics，Vol.17(4)，2002：534-542)中采用推导的公式计算转子时间常数，不需要迭 代，不产生发散，但是公式中参数较多，不适合进行在线辨识，而且会影响辨识结果。 M.W.Degner等人在文献Slip gain estimation in field oriented controlled induction  machines using the system transient response(IEEE Trans on Industry applications， Vol.42(3)，2006：702-711)中根据给定电压动态响应趋势辨识转子时间常数。在给定转矩 变化时，通过判断电压的瞬态过程时间是否缩短来在线辨识转子时间常数，该方法能够自动 搜索，需要采用窗函数滤波来获取准确的定子电压量。M.W.Degner已申请美国专利Method  and system for rotor time constant tuning in indirect field oriented control(专 利号6566840B1，May20，2003)与Method and system for controlling torque in a power  train that includes an induction motor(专利号6646412 B2，Nov.11，2003)。Vecchiotti 等人申请的美国专利Automatic fine-tuning of rotor time constant and magnetizing  current in field-oriented elevator motor drive(专利号5909018，Nov.11，2003)根据 电梯上下运行时电压分量的变化对转子时间常数进行在线辨识。