[發明專利]一種基于模型預測控制的感應電機溫度辨識方法

有效

• 申請號: 201710600969.6
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107294449B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 王立國;徐建新;朱昊晨;金東鑫;常鑫瑞;劉暢;喬金鑫;孟程;宋昌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/02
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種基于模型預測控制的感應電機溫度辨識方法，其步驟如下：一、通過建立感應電機單相正序T型等效電路模型及其矢量圖，導出電機轉子電阻及其溫度與各參數之間的關系；二、結合模型預測控制原理，建立電機溫度辨識動態預測模型，數學抽象出多項約束條件對輸入量進行在線預測、優化控制；三、結合動態預測模型，優化系統目標函數，對有限輸入、輸出控制集合滾動優化，反饋校正。本發明通過引入模型預測控制算法對其辨識過程進行提升優化，提高了辨識的精度和穩定性，解決了電機負載突變瞬間引起的定子電壓、電流突變對電機無傳感器參數辨識精度的影響。

技術領域

本發明屬于電力電子建模和電機參數辨識相結合的應用基礎技術領域，涉及一種基于模型預測控制的感應電機溫度辨識方法。

背景技術

潛油電機作業位置位于井下數千米的深處，油井下的液體具有高溫、高壓特性以及強腐蝕性等，深層油井環境溫度都在130℃以上，通常，潛油電機本身已有大約30℃的溫升，普通潛油電機的耐溫等級設計值為180℃，大部分潛油電機產生故障的原因均是因為電機的溫升過大。所以，對潛油電機的狀況、參數等進行有效監測是對其進行控制和保護的基礎，是防范潛油電泵機組在生產過程中發生故障并引發停產和重大事故的重要途徑。

在對潛油電機進行溫度辨識時，由于電機轉子溫度屬于慣性變量，實際上不能隨著定子電壓、電流的突變而變化，為提高溫度辨識的精度，必須克服瞬時定子電壓、電流突變瞬間對轉子辨識溫度的影響。

發明內容

為了解決電機負載突變瞬間引起的定子電壓、電流突變對電機無傳感器參數辨識精度的影響，本發明聚焦于電機負載突變瞬間引起的定子電壓、電流突變對電機無傳感器參數辨識精度的影響分析，據此提供了一種基于模型預測控制的感應電機溫度辨識方法，通過引入模型預測控制算法對其辨識過程進行提升優化，提高了辨識的精度和穩定性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于模型預測控制的感應電機溫度辨識方法，包括如下步驟：

一、通過建立感應電機單相正序T型等效電路模型及其矢量圖，導出電機轉子電阻及其溫度與各參數之間的關系，其中：

電機轉子電阻計算公式如下：

電機轉子溫度計算公式如下：

式中，L_s、L_r、L_m分別為定子自感、轉子自感和定、轉子互感(H)；I_s為定子電流；V_sy為定子電壓V_s在y軸的分量；ω_e為驅動電路輸出的電壓頻率的角速度；s為電機轉差率；σ為互感系數，定義為T₀為初始環境溫度；R_r0為初始環境溫度下的電機轉子電阻；α為電阻溫度系數。

二、結合模型預測控制原理，建立電機溫度辨識動態預測模型，數學抽象出多項約束條件對輸入量進行在線預測、優化控制，其中：

預測模型滿足以下條件：

0≤i≤N_p

式中，為狀態量矢量，為控制輸入量矢量，為控制輸出量矢量，為約束輸出量矢量；x(k)是當前時刻系統測量狀態值，加“-”的為預測相關的變量；N_p是離散化后系統預測的時域；

多項約束條件如下：

其中，