一种新的异步电机的转子磁链估计方法
阅读说明：本技术 一种新的异步电机的转子磁链估计方法 (Novel rotor flux linkage estimation method of asynchronous motor ) 是由 黄自翔 曾智波 陈自强 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新的异步电机的转子磁链估计方法,属于电机控制技术领域,基于电压模型,采用自适应陷波器对异步电机进行转子磁链进行估算,获取转子的位置,进行异步电机FOC控制,本发明采用自适应陷波器代替电压模型的转子磁链观测器中的积分环节,相当于将积分从时域转换到频域,消除了积分初值对转子磁链估计的影响,使得基于电压模型的磁链观测器可以适用于全频率段。(The invention discloses a novel rotor flux linkage estimation method of an asynchronous motor, which belongs to the technical field of motor control, and is characterized in that a voltage model is based, an adaptive notch filter is adopted to estimate rotor flux linkage of the asynchronous motor, the position of a rotor is obtained, and FOC control of the asynchronous motor is carried out.)
技术领域
本发明涉及电机控制
技术领域
，具体是一种新的异步电机的转子磁链估计方法。背景技术
异步电机在进行磁场定向控制(FOC)时，常使用转子磁链定向，进行转子的有功无功解耦，实现进行高性能控制。
转子磁链定向首先要得到异步电机的转子磁链，常用的异步电机转子磁链观测器分为两种，一种是基于电流模型的转子磁链观测器，一种是基于电压模型的转子磁链观测器。
在电流模型的转子磁链观测器中，式(1)为转子磁链幅值计算，式(2)为转子磁链位置计算所示：
其中ist为T轴定子电流，ism为M轴定子电流，转子时间常数Lr为转子电感，Rr为转子电阻，Lm为互感。
电流模型的转子磁链观测器涉及到异步电机的转子电阻参数，而异步电机的转子电阻辨识的难度很大。另外电流模型转子磁链观测器需要电机转速，对异步电机的无感FOC控制也相当的不利。
电压模型的转子磁链观测器如式(3)(4)所示：
其中为α轴转子磁链，为β轴转子磁链，usa为α轴定子电压，usβ为β轴定子电压，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，
而电压模型的转子磁链观测器不涉及到异步电机的转子电阻，有利于异步电机参数的辨识。同时，电压模型的转子磁链观测器不需要实际转速，非常适合异步电机的无感FOC。但是由于电压模型的转子磁链观测器存在积分环节，积分在时域中会被积分初值影响，会导致转子磁链估计发生严重偏差。
由于积分环节受积分初值影响很大，基于电压模型的转子磁链观测器，一般采用一个一阶惯性环节替代积分环节，但是一阶惯性环节在低频段的特性和积分环节的特性差别很大，所以常规的电压模型磁链观测器没法在低频段使用。
本发明采用自适应陷波器代替电压模型的转子磁链观测器中的积分环节，相当于将积分从时域转换到频域，消除了积分初值对转子磁链估计的影响，使得基于电压模型的磁链观测器可以适用于全频率段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的异步电机的转子磁链估计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新的异步电机的转子磁链估计方法，包含以下步骤：
步骤1、基于电压模型，采用自适应陷波器对异步电机进行转子磁链进行估算，获取转子的位置，进行异步电机FOC控制，其中，自适应陷波器的传递函数如式(5)所示：
其中ω为陷波频率，ωc为陷波器带宽；
步骤2、根据下述公式(3)和式(4)，获取异步电机定子电压的频率ω，然后将ω和陷波器带宽ωc赋给式(5)；
其中为两相静止坐标系下α轴转子磁链，为两相静止坐标系下β轴转子磁链，usa为两相静止坐标系下α轴定子电压，usβ为两相静止坐标系下β轴定子电压，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，
步骤3、对式(5)的输出值再除以-ω，将相位反向且将幅值减小ω倍，得到积分输出值；
步骤4、采用有速度传感器的转子磁链直接磁场定向控制；其中，定子电压来自于给定电压，定子电流来自于电机实际采样电流，电机转速来自于速度传感器，定子电压和定子电流作为输入，通过转子磁链观测器，得转子磁链和转子磁链幅值转子磁链角度和角度，得到的转子磁链的幅值作为磁链环的磁链反馈，转子磁链的角度作为park变换和反park变换的位置角，实现使用自适应陷波器的转子磁链直接磁场定向控制。
作为本发明的进一步技术方案：选取频率为50Hz时，取ω＝100π，ωc＝1π，陷波器在50Hz处幅值不衰减，相位滞后90°。
作为本发明的进一步技术方案：电流模型的转子磁链观测器中，转子磁链幅值计算如式(1)所示：其中ist为T轴定子电流，ism为M轴定子电流，转子时间常数Lr为转子电感，Rr为转子电阻，Lm为互感。
作为本发明的进一步技术方案：电流模型的转子磁链观测器中，转子磁链位置计算如式(2)所示：其中ist为T轴定子电流，ism为M轴定子电流，转子时间常数Lr为转子电感，Rr为转子电阻，Lm为互感。
作为本发明的进一步技术方案：采用锁相环(PLL)获取异步电机定子电压的频率ω，然后将ω和适当的陷波器带宽ωc赋给式(5)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用自适应陷波器代替电压模型的转子磁链观测器中的积分环节，相当于将积分从时域转换到频域，消除了积分初值对转子磁链估计的影响，使得基于电压模型的磁链观测器可以适用于全频率段。
附图说明
图1为陷波器的伯德图。
图2为基于电压模型使用自适应陷波器的转子磁链观测器框图。
图3异步电机使用自适应陷波器的转子磁链直接磁场定向控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-3，一种新的异步电机的转子磁链估计方法，包含以下步骤：
步骤1、基于电压模型，采用自适应陷波器对异步电机进行转子磁链进行估算，获取转子的位置，进行异步电机FOC控制，其中，自适应陷波器的传递函数如式(5)所示：
其中ω为陷波频率，ωc为陷波器带宽，假设选取频率为50Hz时，取ω＝100π，ωc＝1π，陷波器的伯德图如图1所示，在50Hz处幅值不衰减，相位滞后90°，因此可以用于模拟积分的频域特性。
步骤2、根据下述公式(3)和式(4)，采用锁相环PLL获取异步电机定子电压的频率ω，然后将ω和陷波器带宽ωc赋给式(5)；
其中为两相静止坐标系下α轴转子磁链，为两相静止坐标系下β轴转子磁链，usa为两相静止坐标系下α轴定子电压，usβ为两相静止坐标系下β轴定子电压，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，
步骤3、根据图1所示，可知要得到等效积分输出，需要对式(5)的输出值再除以-ω，将相位反向且将幅值减小ω倍，此值即为积分输出；
步骤4、异步电机使用自适应陷波器的转子磁链直接磁场定向控制如图3所示，这里采用有速度传感器的转子磁链直接磁场定向控制。定子电压来自于给定电压，定子电流来自于电机实际采样电流，电机转速来自于速度传感器。定子电压和定子电流作为输入，通过框图2所示方法，可得转子磁链和转子磁链幅值转子磁链角度和角度。得到的转子磁链的幅值作为磁链环的磁链反馈，转子磁链的角度作为park变换和反park变换的位置角，即可实现使用自适应陷波器的转子磁链直接磁场定向控制。
实施例2，在实施例1的基础上，为了实现积分的替代，采用锁相环(PLL)获取异步电机定子电压的频率ω，然后将ω和适当的陷波器带宽ωc赋给式(5)。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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