专利名称：用于辨识感应电机的参数的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于辨识感应电机的参数的装置和方法。
背景技术：
由于高的速度精确性和快速的扭矩响应，用于感应电机的矢量控制技术广泛应用在许多工业领域中。在早期的矢量控制技术中，需要在感应电机上安装速度传感器来检测感应电机的转子转速。然而，由于在一些应用中，在感应电机上安装速度传感器非常不方便，所以人们提出了不需要在感应电机上安装速度传感器来检测转子转速的无速度传感器矢量控制技术。在无速度传感器矢量控制技术中，为了实现对感应电机的高性能控制，需要建立精确的感应电机模型。感应电机模型的精确性主要依靠感应电机的各个参数。然而，在感应电机的各个参数中，感应电机的转子电阻和定子电阻随着感应电机的负载和温度的改变而变化，并且作为动态参数的转子转速也是时变的。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于辨识感应电机的参数的装置和方法，利用该装置和方法能够准确地获取感应电机的参数。按照本发明实施例的一种用于辨识感应电机的参数的装置，包括信号注入模块， 用于周期地向感应电机的转子磁化电流中注入正弦波信号，其中，所述正弦波信号的频率和幅度分别小于所述感应电机的额定频率和额定电流幅度；全阶状态观测器，用于根据输入所述感应电机的定子电压的实际值和所述感应电机输出的定子电流的实际值来获取所述感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值；计算模块，用于根据所述正弦波信号的周期和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子磁链相对于所述感应电机的转子磁化电流的相位角延迟量；以及，辨识模块，用于根据所述计算的相位角延迟量来计算所述感应电机的转子电阻，和/或用于根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述定子电流的观测值来计算所述感应电机的定子电阻，和/或用于根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子转速。按照本发明实施例的一种用于辨识感应电机的参数的方法，包括步骤周期地向感应电机的转子磁化电流中注入正弦波信号，其中，所述正弦波信号的频率和幅度小于预定频率值和预定幅度值；根据输入所述感应电机的定子电压的实际值和所述感应电机输出的定子电流的实际值，利用所述感应电机的全阶状态观测器来获取所述感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值；根据所述正弦波信号的周期和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子磁链相对于所述感应电机的转子磁化电流的相位角延迟；以及， 根据所述计算的相位角延迟来计算所述感应电机的转子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述定子电流的观测值来计算所述感应电机的定子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子转速。
本发明的其他目的、特征和优点通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中图1示出了按照本发明一个实施例的感应电机的全阶状态观测器的示意图；图2和图3分别示出了按照本发明一个实施例的全阶状态观测器的仿真结果示意图；图4示出按照本发明一个实施例的感应电机的转子磁链相对于转子磁化电流的相位角延迟的示意图；图5和图6分别示出了按照本发明一个实施例的辨识定子电阻的仿真结果示意图；图7和图9分别示出了按照本发明一个实施例的辨识转子电阻的仿真结果示意图；图8和图10分别示出了按照本发明一个实施例的辨识转子转速的仿真结果示意图；以及图11示出了按照本发明一个实施例的用于辨识感应电机的参数的装置的示意图。
具体实施例方式下面，将结合附图来详细描述本发明的各个实施例。下面，首先简要描述按照本发明一个实施例的辨识感应电机的参数的基本思路。在本实施例中，结合模型参考自适应(MRAS)方法和注入低频低幅度正弦波信号方法来辨识感应电机的参数。在静止α-β坐标系下，感应电机可以表示为以下等式(1)和等式( 所示出的状态方程。ix 二 AX +Bus(1) dtis = CX(2)其中，X= [isa，is0，￥ra, Vre]T，is是感应电机的定子电流，isa和is0分别是感应电机的定子电流is在静止α-β坐标系的α轴分量和β轴分量，U^a和U^0分别是感应电机的转子磁链在静止α-β坐标系的α轴分量和β轴分量。Us = [usa，us0]T，Us是感应电机的定子电压，Usa和Use分别是感应电机的定子电压Us在静止α-β坐标系的α轴分量和β轴分量。B= [B1,0]τ，其中 B1 = Izi(OLs)I, O 是漏磁系数并且σ = 1 — L2m/(LsLr)，Ls 是
感应电机的定子的自感，Lm是感应电机的定子和转子的互感，Lr是感应电机的转子的自感，
权利要求
1.一种用于辨识感应电机的参数的装置，包括信号注入模块，用于周期地向感应电机的转子磁化电流中注入正弦波信号，其中，所述正弦波信号的频率和幅度分别小于所述感应电机的额定频率和额定电流幅度；全阶状态观测器，用于根据输入所述感应电机的定子电压的实际值和所述感应电机输出的定子电流的实际值来获取所述感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值；计算模块，用于根据所述正弦波信号的周期和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子磁链相对于所述感应电机的转子磁化电流的相位角延迟；以及辨识模块，用于根据所述计算的相位角延迟来计算所述感应电机的转子电阻，和/或用于根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述定子电流的观测值来计算所述感应电机的定子电阻，和/或用于根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子转速。
2.如权利要求1所述的装置，其中，用于计算所述相位角延迟的等式如下 KJ^-KlK2-KJ 2 其中，θ表示所述相位角延迟，Α = Γ ψν dt K1 = [ Wr dt ^2 = [ \ψ,· dt T表示所述注入的正弦波信号的周期，以及Λ表示所述转子磁链的观 hVJ'Ψ,测值。
3.如权利要求2所述的装置，其中，用于计算所述转子电阻的等式如下 R, =-tgO τOcur2 X ΛΓ X I其中，Rr表示所述感应电机的转子电阻，Tcur表示电流环响应时间，以及k表示所述感应电机的转子电感。
4.如权利要求1所述的装置，其中，用于计算所述定子电阻的等式如下 其中，&表示所述定子电阻，kres表示所述定子电阻的辨识系数，和分别表示所述定子电流的观测值在静止α-β坐标系中的α轴分量和β轴分量， =L ~isa，。，以及isa和ise分别表示所述定子电流的实际值在静止α-β坐标系中的α轴分量和β轴分量。
5.如权利要求1所述的装置，其中，用于计算所述转子转速的等式如下= ksp * {ψ ra * Sisp - ψ rj} * Sisa )其中，^表示所述转子转速，ksp表示所述转子转速的辨识系数，一, 和《/>;7 分别表示所述转子磁链的观测值在静止α-β坐标系中的α轴分量和β轴分量， d =L —isa，ε,β= 3β- 3β I和/分别表示所述定子电流的观测值在静止α-β坐标系中的α轴分量和β轴分量，以及isa和ise分别表示所述定子电流的实际值在静止 α-β坐标系中的α轴分量和β轴分量。
6. 一种用于辨识感应电机的参数的方法，包括步骤周期地向感应电机的转子磁化电流中注入正弦波信号，其中，所述正弦波信号的频率和幅度小于预定频率值和预定幅度值；根据输入所述感应电机的定子电压的实际值和所述感应电机输出的定子电流的实际值，利用所述感应电机的全阶状态观测器来获取所述感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值；根据所述正弦波信号的周期和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子磁链相对于所述感应电机的转子磁化电流的相位角延迟；以及根据所述计算的相位角延迟来计算所述感应电机的转子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述定子电流的观测值来计算所述感应电机的定子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子转速。
全文摘要
一种用于辨识感应电机参数的方法和实现该方法的装置。所述方法包括周期地向感应电机的转子磁化电流中注入正弦波信号，所述正弦波信号的频率和幅度小于预定频率值和预定幅度值；根据输入所述感应电机的定子电压的实际值和所述感应电机输出的定子电流的实际值，利用所述感应电机的全阶状态观测器来获取所述感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值；根据所述正弦波信号的周期和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子磁链相对于所述感应电机的转子磁化电流的相位角延迟；以及根据所述计算的相位角延迟来计算所述感应电机的转子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述定子电流的观测值来计算所述感应电机的定子电阻，和/或根据所述定子电流的观测值与所述定子电流的实际值之间的差值和所述转子磁链的观测值来计算所述感应电机的转子转速。利用本发明的装置和方法能够准确地获取感应电机的参数。
文档编号G01R31/34GK102236074SQ20101016314
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者吴学智, 姚吉隆, 赵研峰 申请人:西门子公司