一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法

文档序号：1415482 发布日期：2020-03-10 浏览：29次 >En<

阅读说明：本技术 一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法 (Asynchronous traction motor stator resistance on-line detection method ) 是由张静萌陈鸿蔚周志华曾志超于 2019-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法,包括以下步骤：输出高频三相交流电到异步电机端；计算总功率；计算总电流的平方；计算Rsd,计算定子电阻自适应模型的初始值；计算出电压型转子磁链<Image he="77" wi="114" file="DDA0002321182070000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>计算出电流型转子磁链<Image he="78" wi="104" file="DDA0002321182070000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>利用<Image he="78" wi="90" file="DDA0002321182070000013.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>与<Image he="81" wi="82" file="DDA0002321182070000014.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>的差值,作为参考自适应模型的输入,将<Image he="78" wi="89" file="DDA0002321182070000015.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>作为可调模型,<Image he="77" wi="85" file="DDA0002321182070000016.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>作为参考模型,自适应模型输出定子电阻值后,再反馈到可调模型中更新阻值,然后再进行计算,整个过程不停使可调模型跟踪参考模型,直至<Image he="77" wi="96" file="DDA0002321182070000017.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>与<Image he="75" wi="81" file="DDA0002321182070000018.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>的偏差趋于零,此时计算出的定子电阻作为准确真实值。本发明采用自适应参考模型在线测试定子阻值,并将计算得到的结果,实时更新到矢量控制或直接转矩控制算法中,可以有效地保证电机控制策略的准确输出。(The invention discloses an asynchronous traction motor stator resistance on-line detection method, which comprises the following steps: outputting high-frequency three-phase alternating current to an asynchronous motor end; calculating the total power; calculating the square of the total current; calculating Rsd and calculating an initial value of the stator resistance self-adaptive model; calculating voltage type rotor flux linkage Calculating current type rotor flux linkage By using And as input to the reference adaptive model will be As an adjustable model, the model can be, as a reference model, after the stator resistance value is output by the self-adaptive model, the stator resistance value is fed back to the adjustable model to update the resistance value, then the calculation is carried out, and the adjustable model continuously tracks the reference model in the whole process until the reference model is obtained And the deviation of (a) tends to zero, and the calculated stator resistance at this time is taken as an accurate true value. The method adopts the self-adaptive reference model to test the resistance value of the stator on line, and updates the calculated result into a vector control algorithm or a direct torque control algorithm in real time, thereby effectively ensuring the accurate output of a motor control strategy.)

一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法。

背景技术

在异步牵引电机控制过程中，电机的参数对控制系统的性能有很大的影响，尤其是电机的定子电阻，受到温度等因素的影响，具有不确定性和非线性等特点。而在异步牵引电机控制策略中，无论是采用矢量控制还是直接转矩控制等控制算法，均需要电机的定子电阻引入计算，若电机参数出现较大偏差，则会大大降低异步牵引电机的控制性能，甚至影响整个电传动系统的功能及稳定性。因此，需要对异步电机内部参数尤其是定子电阻进行测量，来实现对异步牵引电机的准确控制。

目前，现有技术中有关异步牵引电机参数辨识的方法，一般采用模型参考自适应，该方法通过输入与输出量间的偏差，不断调整更新模型中的参数，从而实现参数测量。这种方法在实践运算中，初始参数的输入很重要，若是偏差过大，则自适应计算过程达到稳定平衡状态耗时就长，还有就是参考模型及自适应模型的选取也很关键，都会影响整个控制过程。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、检测精度高的异步牵引电机定子电阻在线检测方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：

1)首先通过牵引变流器输出高频三相交流电到异步电机端，持续10个周期；

2)在高频模式下，计算后5个周期内的总功率∑P；

3)在此高频模式下，通过电流传感器测得电机电流，计算后5个周期内的总电流∑I，并计算总电流∑I的平方(∑I)²；

4)利用总功率∑P和总电流∑I的平方(∑I)²计算出高频模式下电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，将得到的Rsd减去转子电阻设计值Rr，即得定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init；

5)利用定子电阻初始值Rs_Init、定子α轴电压V_sα、定子β轴电压V_sβ、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电压模型，计算出电压型转子磁链

6)利用电机转速信号ω_m、定子α轴电流i_sα、定子β轴电流i_sβ，经过转子磁链电流模型，计算出电流型转子磁链

7)利用电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的差值，作为参考自适应模型的输入，将电压型转子磁链

作为可调模型，电流型转子磁链

作为参考模型，自适应模型输出定子电阻值后，再反馈到可调模型中更新阻值，然后再进行计算，整个过程不停使可调模型跟踪参考模型，直至电压型转子磁链

与电流型转子磁链

的偏差趋于零，此时计算出的定子电阻作为准确真实值。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤1)中，牵引变流器输出固定频率为F、励磁电流为i_sd ^*、转矩电流为i_sq ^*的三相交流电到异步电机端，输出的U、V、W三相正弦大小相等，相位差120度，输出10个周期，其中F为异步电机额定频率fr的4-6倍，i_sd ^*为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，i_sq ^*为0。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，P＝(V_sdi_sd+V_sqi_sq)，i_sd为定子d轴电流，i_sq为定子q轴电流，V_sd为定子d轴电压，V_sq为定子q轴电压。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq的获得方式为：首先通过电流传感器采集电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的i_sα i_sβ，再经过Park变换，得到i_sd，i_sq。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤2)中，定子d轴电压V_sd、定子q轴电压V_sq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压V_u、V_v、V_w，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的V_sα、V_sβ，再经过Park变换得到V_sd，V_sq。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤3)中，总电流∑I的平方计算公式为：(∑I)²＝∑(i_sd ²+i_sq ²)。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤4)中，Rsd用总功率除以总电流的平方得到，即Rsd＝∑P/(∑I)²。

上述异步牵引电机定子电阻在线检测方法，所述步骤7)中，参考自适应模型的自适应律为积分型，即：

为电机定子电流矢量，

为叉乘，kr为积分系数，I_rms为电机电流有效值，T_s为采样周期，R_s为定子电阻值，t为时间。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用转子磁链来进行定子电阻的参数辨识，转子磁链模型简单计算量小，同时提高了准确度，初始转子磁链计算中的定子电阻采用高频模式获得，有效保证了自适应模型的准确性。

2、采用本发明，在对电机进行牵引转矩控制策略中，能够非常容易的嵌入该算法模块，而且利用牵引变流器本身，不需要额外的硬件成本。在每次变频器工作时，采用自适应参考模型在线测试定子阻值，并将计算得到的结果，实时更新到矢量控制或直接转矩控制算法中，可以有效地保证电机控制策略的准确输出。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种异步牵引电机定子电阻在线检测方法，包括以下步骤：

1)首先通过牵引变流器输出高频三相交流电到异步电机端，持续10个周期。

牵引变流器输出固定频率为F、励磁电流为i_sd ^*、转矩电流为i_sq ^*的三相交流电到异步电机端，输出的U、V、W三相正弦大小相等，相位差120度，输出10个周期，其中F为异步电机额定频率fr的4-6倍，i_sd ^*为异步电机额定电流Ir的0.2-0.4倍，i_sq ^*为0。由于输出三相交流电的频率F非常高，其值远远大于电机额定频率，使得电机完全运行在硬特性领域之外。

2)在高频模式下，计算后5个周期内的总功率∑P；前5个周期由于是初始阶段，存在状态不稳采样误差等情况所以不做总和计算。P＝(V_sdi_sd+V_sqi_sq)，i_sd为定子d轴电流，i_sq为定子q轴电流，V_sd为定子d轴电压，V_sq为定子q轴电压。

定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq的获得方式为：首先通过电流传感器采集电机三相电流iu、iv、iw，然后经过Clarck变换，得到静止坐标系下的i_sα i_sβ，再经过Park变换，得到i_sd，i_sq。

所述步骤2)中，定子d轴电压V_sd、定子q轴电压V_sq的获得方式为：首先通过电压重构算法得到定子三相电压V_u、V_v、V_w，然后通过Clarck变换，得到静止坐标系下的V_sα、V_sβ，再经过Park变换得到V_sd，V_sq。

3)在此高频模式下，通过电流传感器测得电机电流，计算后5个周期内的总电流∑I，并计算总电流∑I的平方(∑I)²；(∑I)²＝∑(i_sd ²+i_sq ²)。

4)利用总功率∑P和总电流∑I的平方(∑I)²计算出高频模式下电机定子电阻与转子电阻和初始值Rsd，，Rsd用总功率除以总电流的平方得到，即Rsd＝∑P/(∑I)²。将得到的Rsd减去转子电阻设计值Rr，即得定子电阻自适应模型的初始值Rs_Init。