[發(fā)明專利]一種無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計方法

有效

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• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106788051B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫宇新;唐敬偉;施凱;吳昊陽;沈啟康;陳宇超
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/18;H02P21/26
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本發(fā)明公開了一種無軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速估計方法。提供一種基于POPOV超穩(wěn)定性的無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)及方法，以解決目前的無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識不精確的問題。根據(jù)實(shí)測的定子電壓、電流信號通過普通的積分器構(gòu)成的磁鏈觀測器以及基于改進(jìn)二階廣義積分器構(gòu)成的磁鏈觀測器得到兩套轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型觀測值，以觀測到的轉(zhuǎn)子磁鏈作為參考值，由轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型求得轉(zhuǎn)子磁鏈作為可調(diào)值，構(gòu)成兩套基于轉(zhuǎn)子磁鏈的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(MRAS)。通過合適的自適應(yīng)律辨識無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后通過調(diào)控模塊來控制選擇合適的轉(zhuǎn)速辨識觀測器，得到準(zhǔn)確的實(shí)時轉(zhuǎn)速值，對于無軸承異步電機(jī)懸浮力控制部分本發(fā)明不做贅述。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種無軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速估計方法。為無軸承異步電機(jī)的無速度運(yùn)行提供了一種新的策略，適用于無軸承異步電機(jī)的無速度傳感器矢量控制方案，屬于電力傳動控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前,三相異步電機(jī)的控制方式已趨成熟,矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制能滿足大部分工況需求。無論哪種控制方式,轉(zhuǎn)速都是一個非常重要的控制量。但速度傳感器在某些情況下安裝困難,或是有時為了節(jié)省這部分成本,人們希望只根據(jù)變頻器上易測得的相電流、相電壓數(shù)據(jù),實(shí)時辨識轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制。

異步電機(jī)無速度傳感器原理可以分為西種類型:一類要求轉(zhuǎn)子具有不對稱性,如轉(zhuǎn)子槽i皆波法、高頻注入法,這類方法需要對信號的頻譜進(jìn)行分析,程序費(fèi)時費(fèi)力,高速時對硬件要求很嚴(yán)青；:另一類方法是基于異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,用某種數(shù)學(xué)方法辨識其中的轉(zhuǎn)速,如基于狀態(tài)觀測器的方法,涉及人工智能的方法,以及基于模型參考白適應(yīng)原理(MRAS)的方法。

如今,科研工作者已經(jīng)研發(fā)出很多基于異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的無速度傳感器算法。屬于狀態(tài)觀測器范時的有:全階狀態(tài)觀測器與降階狀態(tài)觀測器,擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF),以及滑模觀測器(SMO)。狀態(tài)觀測器法對電機(jī)參數(shù)變化敏感,為了満足全局穩(wěn)定使得算法復(fù)雜,EKF計算復(fù)雜,大量隨機(jī)參數(shù)要調(diào)試得到；SMo魯棒性較強(qiáng),但固有的抖動對電機(jī)低速運(yùn)行有害。涉及人工智能的方法一直是本行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一,只是受限于硬件,離實(shí)用化還有一定距離。

傳統(tǒng)MRAS的物理意義明確,算法較簡單,穩(wěn)態(tài)精度比較好,但易受電機(jī)參數(shù)變化影響,比如定子電阻Rs。隨著對MRAS算法的深入研究,人們發(fā)現(xiàn)選擇不同的參考模型和可調(diào)模型,可以演化出不同結(jié)構(gòu)的MRAS辨識算法,如基于轉(zhuǎn)子磁鏈、基于反電勢、基于瞬時無功功率等。此外,在MRAS結(jié)構(gòu)下應(yīng)用滑模原理、模湖控制原理等,可以演化出很多不同的結(jié)構(gòu),研究改進(jìn)的余地很大。

判斷一種轉(zhuǎn)速辨識算法的好壞,主要是看這種算法能否在一個較寬的調(diào)速范國內(nèi)保持辨識精度。電機(jī)的數(shù)學(xué)模型總是不夠精確,而且一些參數(shù)還會隨著電機(jī)運(yùn)行而變化,從而大大影響辨識的精確性。低速下,定子電阻Rs的變化對轉(zhuǎn)子磁鏈Lrr觀測的影響最大,進(jìn)而影響基于磁能觀測器的無速度傳感器的辨識精度。針對Rs的影響,有學(xué)者在觀測器中加入Rs的白適應(yīng)辨識來改善低速性能,但此法對觀測器的穩(wěn)定性設(shè)計要求較高,通用性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)同題。本發(fā)明提供一種基于POPOV超穩(wěn)定性的無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)及方法，以解決目前的無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識不精確的問題,能夠在線觀測無軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈和辨識轉(zhuǎn)速。該方法對電機(jī)本體參數(shù)變化不敏感,而對干擾有較強(qiáng)的魯棒性。

這種無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測與轉(zhuǎn)速辨識的方法,根據(jù)實(shí)測的定子電壓、電流信號通過普通的積分器構(gòu)成的磁鏈觀測器以及基于改進(jìn)二階廣義積分器構(gòu)成的磁鏈觀測器得到兩套轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型觀測值，以觀測到的轉(zhuǎn)子磁鏈作為參考值，由轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型求得轉(zhuǎn)子磁鏈作為可調(diào)值，構(gòu)成兩套基于轉(zhuǎn)子磁鏈的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(MRAS)。通過合適的自適應(yīng)律辨識無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后通過調(diào)控模塊來控制選擇合適的轉(zhuǎn)速辨識觀測器，得到準(zhǔn)確的實(shí)時轉(zhuǎn)速值。