[发明专利]一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法

说明书

本发明提供一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法，其涉及感应电机参数识别领域，旨在提高感应电机参数的观测精度与系统的鲁棒性。感应电机的电感受饱和影响，其值随电机的工况变化而变化；电阻受温度、集肤效应与趋近效应影响，其值变化更为复杂。现有技术大多仅考虑电阻受温度的影响，并且所使用的感应电机模型未考虑饱和，模型与实际被控对象的不一致将影响感应电机转子磁链的观测精度。本专利所提出的方法通过将系统状态观测器与PI控制器相结合，同时完全基于感应电机的饱和模型，并且可实时准确地观测出受各种因素影响下的转子电阻，提高了感应电机转子电阻与磁链的观测精度与系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及感应电机参数识别技术领域，具体地说涉及一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法。

背景技术

在工业应用中，感应电机广泛采用矢量控制。为了得到高性能的感应电机矢量控制效果，矢量控制中dq轴的d轴需要准确地与感应电机磁链相对齐。而感应电机磁链是不可用传感器直接测量的，因此，需要对其进行高精度估计。感应电机在安装有转速传感器的情况下，一般将dq轴的d轴定向于转子磁链。

转子磁链的估计精度受转子电阻值与转子电感值精度的影响。如果转子电阻值，或者转子电感值，与实际值有偏差，则计算得到的转子磁链与实际值存在误差，这将降低矢量控制的性能。

电感受到电机饱和程度的影响，电阻部分受温度的影响，它们在电机运行时都是随时在变化的。因此，这增加了对转子磁链估计的难度。受饱和影响的电感值可通过感应电机的磁化曲线查取。通过在转子上安装热传感器，进而通过温度来修正转子电阻值，这可以在一定程度上提高转子磁链的观测精度。但是，这不仅增加了成本，而且降低了系统的可靠性。

目前绝大多数研究与专利，仅考虑到温度对转子电阻的影响，认为转子电阻值在电机运行过程中是变化十分缓慢的。但是，转子电阻不仅仅只受温度影响。由于集肤效应，转子电阻也受到转子电流频率的影响；由于趋近效应，转子电阻甚至还受转子轭部与转子齿部磁饱和的影响。由于趋近效应受磁饱和的影响，而磁饱和受磁动势的影响，磁动势又由定转子电流共同决定，因此趋近效应是快速变化的。因此，转子电阻在实际电机运行中也是快速变化的。如果简单地认为转子电阻仅随温度变化，将会降低对转子磁链的观测精度。

更为重要的是，目前基本上所有的研究与专利，都是基于感应电机的线性模型进行的磁链观测，而不是基于感应电机的饱和模型。感应电机的线性模型完全忽略了电机的饱和特性，导致模型与实际被控对象不一致，这将进一步影响转子磁链的观测精度。

发明内容

本发明提供一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法，以提高感应电机转子电阻与磁链的观测精度，进而提高系统的控制性能及鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高精度在线观测感应电机转子电阻与磁链的方法，步骤如下：

1)、测量必要的感应电机参数；

离线测量感应电机的定子电阻R_s、定子漏电感L_sl、转子漏电感L_rl，以及电机的磁化曲线。

2)、列写dq坐标系下考虑磁饱和的感应电机的状态方程；

3)、将感应电机的状态方程看做由函数构成的列向量，并对其进行泰勒展开；

将转子电阻视为自变量，但不将其视为系统的状态变量。

4)、搭建用于观测转子电阻值的PI控制器；

由于dq坐标系中的d轴定向于转子磁链，因此，如果坐标系定向正确的话，转子磁链的q轴分量应当为0。依据此原则进行PI控制器的设计。

如图2所示，PI控制器的输入为转子磁链的q轴估计量与0的比较，输出即为转子电阻的估计值。

5)、搭建龙伯格观测器；