[发明专利]一种基于无功功率的感应电机转子磁场相位在线校正方法

说明书

技术领域

本发明属于机电一体化的电机控制技术领域，更具体地，涉及一种基于无功功率的感应电机转子磁场相位在线校正方法。

背景技术

交流感应电机高速化驱动系统的工作原理是基于转子磁场的定向控制，因此磁场相位的准确获取是实现磁场与力矩解耦控制的基础。对于感应电机而言，转子磁场是通过定、转子电流感应产生的，磁场方向的确定通常需要建立相应的磁链观测器，磁场相位观测的准确性依赖于观测器中使用的电机参数是否准确。在间接转子磁场定向控制方案中，采用电流模型计算转子磁场相位，转子电气时间常数是否准确对磁场相位观测影响很大。

然而，当感应电机在较宽的频率范围运行时，其电感参数会随着磁场的调节而变化，其电阻参数也会随着电机绕组温度的变化而改变，在此情况下，交流感应电机转子电气时间常数易受到电机磁场和电机温度变化的影响。若电流模型中采用的转子电气时间常数观测值无法实时跟随真实的转子电气时间常数的变化，会导致磁场相位计算产生偏差，进而对交流感应电机驱动系统的控制性能产生直接的不利影响。相应地，在电机控制技术领域中存在着以下的技术需求，即寻找一种新型的转子电气时间常数检测方式，并在不易受到电机参数影响的情形下实现对感应电机转子磁场相位的准确计算及实时校正过程。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本发明提供了一种基于无功功率的感应电机转子磁场相位在线校正方法，其中通过对影响转子磁场相位观测准确性的主要因素进行研究和分析，相应采用无功功率作为衡量指标来判断所观测的磁场位置与实际磁场位置是否发生偏离，进而执行在线搜索及调整转子电气时间常数，由此能够以高效率、便于操作的方式实现对转子磁场相位更为精确的计算及实时校正，并对电机参数尤其是电阻参数的变化具备很强的鲁棒性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于无功功率的感应电机转子磁场相位在线校正方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）对待检测的交流感应电机驱动系统执行采样，并获得包括电压矢量电流矢量和电机同步电角速度ω_e在内的系统状态变量信息；

（b）当驱动系统处于稳态运行时，根据步骤（a）所获得的系统状态变量信息来计算此时的无功功率偏差Q_err；

（c）将计算出的无功功率偏差Q_err与设定的无功功率偏差阈值Q_err0相比较，并当无功功率偏差Q_err超出所设定的偏差阈值Q_err0时，执行以下过程：

（c1）根据预设的搜索步长参考值ΔT_r0，将搜索步长ΔT_r初始化为ΔT_r0/m，其中m被赋值为2～4，然后启动搜索；

（c2）在搜素过程中，实时判断连续两次所计算出的无功功率偏差Q_err是否更接近于0：若是，则转步骤（c3）；若否，则转步骤（c4）：

（c3）将搜索步长赋值为ΔT_r=ΔT_r+ΔT_r0/n，其中n被赋值为4～8，继续执行搜索，然后转至步骤（d）；

（c4）将搜索步长赋值为ΔT_r=-ΔT_r0/m，继续执行反向搜索，然后转至步骤（d）；

（d）利用步骤（c）所确定的搜索步长来计算和实时调整转子电气时间常数观测值由此实现感应电机转子的磁场相位在线校正过程。

作为进一步优选地，所述m等于2，n等于8。

作为进一步优选地，所述预设的搜索步长参考值ΔT_r0优选被设定为转子电气时间常数初始辨识值的10%。

总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过采用无功功率作为衡量指标，在磁场相位在线校正过程中对电机参数具备较低的依赖性，尤其对电阻参数的变化具备很强的鲁棒性，实践测试表明，能够以高效率、便于操作的方式实现对转子磁场相位高精确的计算及实时校正；

2、由于在电机的实际运行过程中，其转子电气时间常数的变化范围易于预知且相对于初始辨识值的变化不会太大，因此按照本发明的在线校正方法能够保证其寻优的收敛速度；