一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法

本发明属于电机与电机控制，具体涉及一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法。

背景技术：

1、直线电机磁路开断，绕组接对称电压源时，相电流包含负序分量，气隙磁场存在反向磁场和脉振磁场，是直线电机固有的静态纵向边端效应。分段供电的直线电机在通电定子段之外存在未通电的定子铁心，这导致其端部磁场的边界条件与常规直线电机不同，加剧了静态纵向边端效应。静态纵向端部效应的会造成电感不平衡，增加电机控制和电机参数计算的难度。常规的电机参数辨识方法是建立电机的t型等效电路模型，这种方法适合旋转电机或者静态纵向边端效应较弱的直线电机，不能够计算电机的不对称电感矩阵。基于单相通电试验的相间互感辨识方法可计算不平衡电感矩阵，但是这种方法试验复杂，且电机相数越多，试验次数越多。此外该方法需断开不通电的绕组，频繁的接线不适用于在现场实施。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，满足直线电机定子参数计算。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，包括如下步骤：

4、步骤1、根据绕组结构展开图对双三相电机的六相绕组进行命名，若电机采用单层绕组，从左数第一个槽开始，自左向右，根据六相绕组在槽内首次出现的顺序将六相绕组依次命名为a+、b+、c-、d-、e+、f+、a-、b-、c+、d+、e-、f-，其中aec为一个3相、bfd为另一个3相，a+代表槽内是a相绕组，槽内导体电流方向垂直纸面相下，a-代表槽内是a相绕组，导体电流方向垂直纸面相上；若电机采用双层绕组，则根据槽上层边绕组依次命名；根据电机绕组相位关系图确定6相绕组的相位角，记为θa、θb、θc、θd、θe、θf；

5、步骤2、计算两相静止坐标系αβ轴的相位角θα和θβ：

6、

7、步骤3、测量动子板与定子不耦合时电机的相电压和相电流，测量n个时刻的电压电流数据，测量间隔为ts，将相电压和相电流数据表示为相电压矩阵u和相电流矩阵i；

8、

9、式中ua、ub、uc、ud、ue和uf分别代表六相电压矩阵，ia、ib、ic、id、ie和if分别代表六相电流矩阵，六相电压和六相电流矩阵均为n×1的列矩阵，n代表测量了n个时刻的数据；

10、步骤4、对u和i进行矢量空间分解，将相电压相电流转换到αβ轴基波子空间坐标系和z1z2谐波子空间坐标系，得到αβz1z2轴电压和电流数据矩阵uαβz1z2和iαβz1z2；

11、

12、式中uα、uβ、uz1和uz2分别代表αβz1z2轴电压的n×1数据矩阵；iα、iβ、iz1和iz2分别代表αβz1z2轴电流的n×1数据矩阵；

13、uαβz1z2和iαβz1z2的计算公式如下：

14、

15、式中tclark是矢量空间分解用的坐标变换矩阵，称为广义clark坐标变换矩阵，(tclark)t是tclark的转置矩阵；

16、步骤5、计算时间矩阵t，用uαβz1z2和iαβz1z2计算电压对时间的积分和电流对时间的积分，得到电压积分矩阵ψu和电流积分矩阵ψi，计算公式如下；

17、t(k)＝{kts},k＝(1,2…n)(30)

18、式中t是时间矩阵，t(k)代表t的第k个元素；

19、

20、式中ψiα、ψiβ、ψiz1和ψiz2是αβz1z2轴电流的积分矩阵，ψiα(k)代表ψiα的第k个元素，iα(k)代表iα的第k个元素，k＝(1,2…n)；

21、

22、式中ψuα、ψuβ、ψuz1和ψuz2是αβz1z2轴电压的积分矩阵，ψuα(k)代表ψuα的第k个元素，uα(k)代表uα的第k个元素，k＝(1,2…n)；

23、步骤6、求解公式(17)，得到参数矩阵估计值

24、

25、式中argmin{f(x)}表示使目标函数f(x)取最小值的变量值x；是由公式(26)、(28)和(30)计算得到的iα、iβ、t、ψiα、ψiβ组成，0n×1是所有元素均为0的n×1列矩阵，1n×1是所有元素均为1的n×1列矩阵，是由公式(29)得到的ψuα、ψuβ组成；

26、步骤7、求解公式(19)和(21)，得到参数矩阵估计值

27、

28、

29、式中是公式(26)和(30)计算的iα、iβ、iz1、iz2和t组成，0n×1是所有元素均为0的n×1列矩阵，1n×1是所有元素均为1的n×1列矩阵；由公式(28)、(29)和(17)的计算结果ψiz2、ψuz2和计算得到；由公式(28)、(29)和(17)的计算结果ψiz1、ψuz1和计算得到，是的第1个元素；

30、步骤8、根据和电阻估计值和电感矩阵估计值如下：

31、

32、进一步地，根据电机的绕组结构和绕组相位关系计算两相静止坐标系αβ轴的相位角θα和θβ，并以此对相电压和相电流进行矢量空间分解，即广义clark坐标变换。

33、进一步地，先求解公式(17)辨识电阻和部分电感参数，再利用电阻辨识结果求解公式(19)、(21)辨识剩余电感参数。

34、有益效果：

35、本发明使用电机工作中馈入到绕组的电流计算定子参数，无需额外注入信号，方法简单；本发明降低了不平衡电感矩阵的参数数量，降低了双三相直线电机电感矩阵的辨识和模型建立难度；本发明提出的方法估计的电感参数能够拟合双三相直线电机电感不对称造成的电流不平衡现象，可应用于六相直线电机建模和基于模型的控制算法中，降低控制算法难度。

技术特征：

1.一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，其特征在于，先求解公式(17)辨识电阻和部分电感参数，再利用电阻辨识结果求解公式(19)、(21)辨识剩余电感参数。

技术总结
本发明公开了一种长初级分段双三相直线电机的定子参数辨识方法，通过向空载的电机定子段馈入电流，测量电机的相电流和电压信息，将相电压相电流转换到αβ轴基波子空间坐标系和z<subgt;1</subgt;z<subgt;2</subgt;谐波子空间坐标系，分别计算电压和电流对时间的积分，得到电压积分矩阵和电流积分矩阵，求解矩阵方程可计算分段长初级双三相直线电机定子段的相电阻和电感矩阵，该方法不需要额外的硬件，可辨识直线电机电感的三相不平衡，且不需要额外向绕组注入高频测试信号，简单实用。

技术研发人员：王杨睿,史黎明,李耀华
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11