[发明专利]带有定子温度在线监测的异步电机自适应矢量控制系统

说明书

本发明涉及一种带有定子温度在线监测的异步电机自适应矢量控制系统，包括：转子磁场准确定向模块，用于根据d‑q同步旋转坐标下的电流和电压信号，基于负载角补偿校正进行转子磁场准确定向；定子磁链调节模块，用于对定子d轴磁链进行闭环控制，并对定子电阻辨识进行修正；定子电压解耦模块，用于对d轴电压、q轴电压进行解耦；定子电阻压降补偿模块，用于根据定子磁链调节模块的输出结果对定子电阻压降进行补偿；定子绕组温度监测模块，用于根据定子电阻辨识修正的结果对定子绕组温度和温升进行在线监测。与现有技术相比，本发明具有转子磁场定向准确、磁链估算准确、电压解耦简捷，定子绕组的温度监测便捷等优点。

技术领域

本发明涉及异步电机监测技术领域，尤其是涉及一种带有定子温度在线监测的异步电机自适应矢量控制系统。

背景技术

异步电机变频调速转子磁场定向矢量控制可以将异步电机固有的非线性机械特性改造成与直流电机相似的线性机械特性，而且电流与磁链之间完全解耦，具备了达到直流电机调速控制优良性能的基本条件。因而转子磁场定向是异步电机矢量控制中最值得深入研究和完善的控制技术。但是在转子磁场定向矢量控制技术的几十年发展历程中，由于受到电机转子电阻Rr和时间常数Tr随运行状态与温度不同而大幅度变化的影响，使转子磁场定向难以准确，成为阻碍高性能变频调速技术发展一直悬而未决的难题。现有技术研究解决这个问题的方法和途径主要有两类：

1、采用各种不同方法建立转子磁链的数学模型，对转子磁链进行反馈闭环控制。再用非常复杂的参数辨识算法(模糊逻辑算法、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法……等等，这些算法还远不成熟)，对模型中的转子电阻Rr和时间常数Tr进行离线或在线辨识修正。这类方法显而易见的缺点是大大增加了控制系统的复杂性，甚至有可能对控制系统的稳定性，可靠性，快速性和准确性带来严重的负面效果。

2、采用各种不同的磁通观测技术，诸如全阶状态观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器、模型参考观测器……等等，都还存在各种各样的问题，目前还处于研究实验阶段，实际用于交流电机的磁通准确观测还有较大距离。

异步电机属于多变量严重交叉耦合的非线性系统，其转子磁场位置随负载变化而飘忽不定，不像同步电机转子磁场的物理位置有明确的可观性，一直以来异步电机转子磁场定向矢量控制的总体思路采用逆向思维方式，在假设转子磁场定向的前提条件下，推导出能将各种交叉耦合因素解耦而达到转子磁场定向必须满足的约束条件，然后寻求如何实现这些约束条件的控制策略。约束条件中包含了磁链准确辨识、参数准确辨识、电压解耦等错综复杂的因素交叉耦合。虽然经过各种各样的改进努力，到目前为止转子磁场准确定向问题仍然没有得到很好的解决，仍然是制约异步电机矢量控制高性能变频调速技术的基础性关键技术难题。

转子磁场定向矢量控制的现有技术都是以转子磁链的估算值作为反馈量，对转子磁链进行闭环跟踪控制，电流与磁链之间基本解耦，但是d轴、q轴电压与d轴、q轴电流以及转子磁链之间仍然存在严重交叉耦合，电压方程如下式：

其中：u_d、u_q、i_d、i_q分别d、q轴电压和电流，ω₁为定子角频率，L_S为定子电感，σ为漏磁系数，ψ_r为转子磁链。

由于受到转子电阻Rr和时间常数Tr随运行状态与温度不同而大幅度变化的影响，转子磁链ψ_r的估算很难准确，使得电压交叉解耦变得非常复杂和困难，严重影响变频调速矢量控制的性能。为此，现有技术采用各种非常复杂参数辨识算法，诸如模糊逻辑算法、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法……等等，对转子电阻Rr和时间常数Tr进行离线或在线辨识修正。这些算法还远不成熟，这类方法显而易见的缺点是大大增加了控制系统的复杂性，甚至有可能对控制系统的稳定性，可靠性，快速性和准确性带来严重的负面效果。所以，如何对转子磁链ψ_r进行准确的估算，简化电压交叉耦合，仍然没有良好解决，成为制约高性能变频调速矢量控制技术的瓶颈之一。