基于槽諧波提取的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快速辨識(shí)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于槽諧波提取的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快速辨識(shí)的方法。根據(jù)實(shí)時(shí)測得的定子電流信號(hào)，首先由類同步軸系濾波器初步提取槽諧波；其次由變頻平均濾波器消去與槽諧波頻率最接近的電機(jī)諧波，從而得到較純凈的槽諧波；最后通過單相鎖相環(huán)，獲得槽諧波的頻率，并據(jù)此計(jì)算異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明基于電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁不對稱性原理設(shè)計(jì)，因而辨識(shí)結(jié)果對大部分電機(jī)參數(shù)的變化不敏感；不需要額外的信號(hào)注入，通用性、可移植性強(qiáng)；轉(zhuǎn)速辨識(shí)較快，魯棒性較強(qiáng)，尤其適合異步電機(jī)矢量控制的運(yùn)行需求。
【專利說明】基于槽諧波提取的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快速辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種異步電機(jī)速度辨識(shí)方法，特別涉及一種基于槽諧波提取的無速度傳感器異步電機(jī)矢量控制方法，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]異步電機(jī)是當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣的電機(jī)種類。高性能的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)離不開轉(zhuǎn)速信息，但是下列幾個(gè)原因制約了機(jī)械速度傳感器的應(yīng)用:1)高精度速度傳感器的成本很高；2)相當(dāng)于增加了一條引入擾動(dòng)的通道，影響系統(tǒng)可靠性；3)需要一定的安裝空間；4)受運(yùn)行環(huán)境的影響，傳感器一般需要維護(hù)。因此，無速度傳感器方案一直是電機(jī)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]目前已有的異步電機(jī)無速度傳感器方案，可以根據(jù)原理分為兩種類型:I)基于模型的方法；2)基于轉(zhuǎn)子磁不對稱性的方法。第一類方法是基于異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過容易測得的電機(jī)定子電壓、定子電流，用某種數(shù)學(xué)方法辨識(shí)其中的轉(zhuǎn)速，如基于狀態(tài)觀測器(全階、滑模、擴(kuò)展卡爾曼)的方法，涉及人工智能的方法，以及基于模型參考自適應(yīng)原理的方法。它的局限是辨識(shí)結(jié)果對電機(jī)參數(shù)(如定子電阻，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，勵(lì)磁電感等)的變化敏感。
[0004]第二類方法基于轉(zhuǎn)子的磁不對稱性。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁不對稱性主要可分為磁飽和，槽效應(yīng)，以及特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三類。其中，基于槽效應(yīng)的方法，由于不需要對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行額外的改裝，因而最受關(guān)注。從轉(zhuǎn)子磁不對稱信息的提取手段來說，基于轉(zhuǎn)子磁不對稱性的方法又可細(xì)分為:1)基于定子電流的頻譜分析；2)高頻注入后的負(fù)序電流提??；3)基于定子電流的實(shí)時(shí)槽諧波提取?；陬l譜分析的方法，由于占用系統(tǒng)資源較多，且要求對一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)作分析，因而實(shí)時(shí)性不能滿足無速度傳感器要求。高頻注入方法為固定注入一個(gè)較高頻率的信號(hào)，通過提取定子側(cè)負(fù)序感應(yīng)電流中的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來獲得轉(zhuǎn)速信息。該方法容易引入額外的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對中高速轉(zhuǎn)速的辨識(shí)適應(yīng)性不好。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于槽諧波提取的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快速辨識(shí)方法。根據(jù)實(shí)時(shí)測得的定子電流信號(hào)，首先用類同步軸系濾波器，初步提取槽諧波；其次由變頻平均濾波器，消去中心頻率位置可能存在的電機(jī)諧波，從而得到較純凈的槽諧波；最后通過單相鎖相環(huán)，獲得槽諧波的頻率，并據(jù)此計(jì)算異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速^，其步驟如下:
[0006](I)檢測三相定子電流，并變換到兩相靜止坐標(biāo)系下，記為isa和ise ；
[0007](2)異步電機(jī)產(chǎn)生的槽諧波的頻率fH可由下式表述:

AZ (I —
[0008]f? =± ^丄土V /” A = l，2，3，...v = i，3，5，...L p j
[0009]其中為電機(jī)基波頻率，V為定子電流的次數(shù)，k為槽諧波的次數(shù)，s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差，Z2為異步電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條數(shù)，P為電機(jī)極對數(shù)；上述所有存在的槽諧波中，定子電流基波激勵(lì)產(chǎn)生的一階槽諧波的幅值較大，因此取V=I且k=l，獲得下述四種不同頻率的一階槽諧波:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于槽諧波提取的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快速辨識(shí)的方法，其特征在于: (1)檢測三相定子電流，并變換到兩相靜止坐標(biāo)系下，記為isa和ise； (2)異步電機(jī)產(chǎn)生的槽諧波的頻率fH可由下式表述:
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的類同步軸系濾波器包括如下步驟: (2A)將定子電流信號(hào)isa和ise變換到以中心角速度Iico1旋轉(zhuǎn)的類同步坐標(biāo)系下，記為 iSdh 和 iSqh ; (2B)對isdh和isqh進(jìn)行低通濾波，提取中心頻率附近的電流信號(hào)isdf和isqf ； (2C)根據(jù)中心角速度Iico1，將isdf和1-反變換回靜止坐標(biāo)系下，獲得經(jīng)過濾波處理的單相信號(hào)isa—f。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中的變頻平均濾波器包括如下步驟: (3A)將中心角速度Iico1與isa f相乘，再做積分，得到isa fl ； (3B)由中心頻率Iif1倒數(shù)得對應(yīng)的時(shí)間值，據(jù)此對isa fl進(jìn)行延時(shí)，得到isa f2 ； (3C)從isa fl中減去isa f2，從而消去頻率為中心頻率Iif1的電機(jī)諧波，得到較為純凈的槽諧波信號(hào)isa—KSH。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的單相鎖相環(huán)包括如下步驟: (4A)上述信號(hào)表示為isa KSH=Asin( ξ )，將其與估計(jì)角度#的余弦值相乘得到
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103701391SQ201310686571
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】黃進(jìn), 趙力航, 侯招文, 劉赫, 張耀中 申請人:浙江大學(xué)