参数辨识

Abstract: In view of im p recise rotor speed esti m ation caused by parameters variation of induction motor, a model reference adap tive schem e for rotor speed esti m ation based on online identification of stator and rotor resistances was p roposed. Only stator voltages and currents were needed as inputs, this scheme i2 dentifies stator and rotor resistances during rotor speed estim ation, updating the changing stator and rotor resistances of rotor speed estim ation system caused by motor temperature rise real2ti m e to ensure the accu2 racy of rotor speed esti m ation; meanwhile, the identified rotor resistance was app lied to vector control system to ensure good static and dynam ic performance of the system. The sim ulation and experim ental re2 sults show this scheme have better accuracy for rotor speed esti m ation and stronger robustness to parame2 ters variation compared to those methods w ithout resistances identification, and it can be used in sensor2 less vector control system. Key words: induction motors; system; sensorless online identification; model reference adap tive; vector control
[1]
ψα r
Tr
- ωrψβ r , +ωrψα r 。
( 3) ( 4)
ψβ r
Tr
式中 :ψα β r ,ψ r 分别为两相转子磁链 , 其中的下标 u, i 分别表示电压模型 、 电流模型 ; L r 为转子电感 ; Lm 为 互感 ; p 为微分算子 ; us α , us β 分别为两相定子电压 ; is α , is β 分别为两相定子电流 ; R s 为定子电阻 ; L s 为定 子电感 ;σ为漏磁系数 ,σ = 1 - Lm / ( L s L r ) ; Tr 为转 子时间常数 , Tr = L r /R r ;ωr 为转子角频率 。 电压模型和电流模型的输出都是转子磁链 ψr ,
2 ψr = ψ2 +ψβ 其幅值在电压模型中不含转速项 , α r r 。 所以选取电压模型为参考模型 , 电流模型为调节模 型 , 同时电压模型中用一阶惯性环节代替原来的纯 [4] 积分环节以消除积分漂移现象 。 这样构造出一个 模型参考自适应系统 , 选择合适的自适应规律 , 可以 2
使得可调模型的 ωr 逼近真实的电机转速 ωr 。 其中 MRA S辨识系统如图 1 所示 。
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图 1 M RA S系统结构
F ig. 1 M RA S system block d ia gram
同时 , 定子电阻的在线辨识也采用基于转子磁 链误差的 MRA S。 在电压模型中含有定子电阻 ,而电 流模型中不含定子电阻 , 故可构建以电流模型为参 考模型 , 电压模型为可调节模型估算定子电阻的 MRA S系统 。 同理利用自适应律可以使可调模型的
电阻辨识构成交互式 MRA S系统
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[6 ]
, 其自适应律为 ( 5) ( 6)
ωr = ( kp1 + ki1 / s) (ψα β r ψ i β r u - ψ r ψ i α r u) , ψβ ψα R s = ( kp2 + ki2 / s) (ψα β r u r i - ψ r u r i)。
中图分类号 : T M 343 文献标志码 : A 文章编号 : 1007- 449X (2010) 04- 0066- 06
Rotor speed estima tion for in duction motor w ith sta tor and rotor resistances on lin e iden tif ica tion
(重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 ,重庆 400044 )
摘 要 : 针对感应电机参数变化导致转速估计不准的问题 ,提出了一种基于定 、 转子电阻在线辨识 的模型参考自适应转速估计方法 。该方法只需检测定子侧的电压和电流 ,在估计电机转速的同时 , 在线辨识定转子电阻 ,实时更新转速估计系统中受电机温升影响而变化的定子电阻和转子电阻 ,以 保证转速估计的精确度 ; 同时 ,辨识的转子电阻应用于矢量控制系统 , 确保系统获得良好的稳态和 动态性能 。仿真及实验结果表明 ,与未进行电阻在线辨识的转速估计方法相比 ,该方法具有较高的 转速估计精确度 ,对参数变化的鲁棒性强 ,并适用于无速度传感器矢量控制系统 。 关键词 : 感应电机 ; 在线辨识 ; 模型参考自适应 ; 矢量控制系统 ; 无速度传感器
收稿日期 : 2009 - 07 - 29 基金项目 : 重庆市自然科学基金 ( CSTC 2007BB3169) 作者简介 : 王明渝 ( 1960 —) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向为感应电机调速 、 电力电子变换器 、 人工智能 ; 陈杨裕 ( 1983 —) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为感应电机矢量控制 、 直流变换器 ; 邓 威 ( 1984 —) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为交流电机矢量控制 、 直接转矩控制 ; 王瑞妙 ( 1985 —) ,女 ,硕士研究生 ,研究方向为电力电子变换器 、 感应电机控制 。
R s 逼近真实的 R s 。
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根据文 献 [ 5 ] 提 出的 Popov 超 稳 定 理 论 , 按
MRA S参数的普遍结构 , 在速度估计子模块中将 ωr
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取为比例积分 ( P I) 形式 , 在定子电阻辨识模块中将
R s 同样取为比例积分形式 。 由此 , 转速估计与定子
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1 转速估计和定子电阻自适应辨识
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电 机 与 控 制 学 报 第 14 卷
其差值作为 P I调节器的输入 (采用磁链的广义误 差 ) , 选取合适的 P I参数便可自适应产生速度估计 值 ωr , 将其反馈回电流模型来校正模型误差 , 由此 构成一个速度估计的自适应系统 ; 同理 , 定子电阻辨 识模块中 , 以电流模型作参考模型 , 而以电压模型作 调节模型 , 两者的输出也均为 ψr , 其广义误差作为
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第 4期
王明渝等 : 定转子电阻在线辨识的感应电机转速估计方法 电流模型方程为 ψα p r i = ψβ p r i =
WAN G M ing2yu, CHEN Yang2yu, D EN G W ei, WAN G Rui2 m iao
( State Key Laboratory of Power Trans m ission Equipment & System Security and New Technology, Chongqing University, Chongqing 400044, China)
P I调节器输入 , 产生定子电阻辨识值 R s , 再将其反
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馈回电压模型来校正模型误差 , 同样又构成定子电 阻辨识的自适应系统 。 根据 Popov超稳定理论可知 , 这样的自适应系统是渐近收敛且稳定的 。
基于转子磁链误差的模型参考自适应系统 , 将 电压模型和电流模型的输出磁链误差进行 P I调节 , 其中电压模型方程为 ψα r u = ψβ r u =
Lr Lm Lr Lm ( u - R i ) d t - σL i ∫ ( u - R i ) d t - σL i ∫
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第 14 卷 第 4期
2010 年 4 月
电 机 与 控 制 学 报 EL EC TR IC MA CH IN E S AND CON TROL
Vol114 No14 Ap r . 2010
定转子电阻在线辨识的感应电机转速估计方法
王明渝 , 陈杨裕 , 邓威 , 王瑞妙
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,
( 1) ( 2)
β s s
。
式中 :ωr 为待估计转速 ; R s 为待辨识定子电阻 ; kp1 , kp2 均为比例系数 ; ki1 , ki2 均为积分系数 。 在转速估计模块中 , 以电压模型为参考模型 , 电 流模型为调节模型 , 两者的输出均为转子磁链 ψr ,
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Lm Tr Lm Tr iα s is β -
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0 引 言
近些年来 , 很多学者对感应电机转速辨识做了 大量的研究工作 ,提出了诸如模型参考自适应系统 (model reference adap tive system , MRAS ) 、转子齿 谐波法和人工神经网络等很多种方法 。而其中 , 模型参考自适应方法由于原理简单 ,易于实现 ,且稳 定性好 ,在无速度传感器交流调速系统中得到了广 泛应用 。 MRAS采用 2 种结构不同输入变量也不同的电 机模型 ,其中不包含待辨识电机转速的模型作为参 考模型 ,而包含有待辨识的电机转速的模型作为可 调模型 ,两个模型的差值通过自适应控制律来产生 待估计的转速 ,并将转速反馈来调节可调模型 。按 误差不同 ,MRAS可分为基于转子磁链的 MRAS, 基 于电 机 无 功 功 率 的 MRAS 和 基 于 定 子 反 电 势 的 [2] MRAS 。 本文采用基于转子磁链误差的 MRAS 法 , 用 2 个模型输出的转子磁链估计值的误差来辨识转速 。 但运行过程中电机温度变化会引起电压模型中的定 子电阻也随之变化 ,这样会给电压模型带来误差 ,特 别是低速时 ,测量误差甚至会淹没反电动势 ,使得观 [1] 测精确度降低 。同时 , 随电机温升变化的还有电 流模型中含有的转子电阻 , 转子电阻的变化不仅会 影响电机转速的估计 , 还影响到矢量控制的磁场定 向 ,磁场定向控制系统由于转子电阻出现偏差将引 [3] 起 2 种主要不利影响 : ① 稳态运行时 , 磁通和电 流的大小发生偏差 ; ②瞬态磁通和转矩出现滞后和 振荡 , 呈现二阶系统响应 。因此 , 对异步电机矢量 控制系统进行转子电阻的在线实时辨识是十分必要 的 。以往的大多研究中 , 一般在转速估计的同时只 辨识定子电阻或转子电阻 , 很少有人提出转速估计 的同时 ,能在线同时辨识定子电阻和转子电阻 ,以适 应转速估计的需要 。由此 , 本文提出基于定子电阻 和转子 电 阻 同 时 在 线 辨 识 的 感 应 电 机 转 速 估 计 方案 。