一种异步电机转子电阻辨识方法和装置制造方法【专利摘要】本发明实施例公开了一种异步电机转子电阻辨识方法及装置，其中方法包括：在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号；在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，并对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；计算所述转子磁链基准值与估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。可见本发明的技术方案计算复杂度低且能够实时测试转子电阻，满足电机的实际应用需求。【专利说明】一种异步电机转子电阻辨识方法和装置【
技术领域：
】[0001]本发明涉及电力领域，特别是涉及一种异步电机转子电阻辨识方法和装置。【
背景技术：
】[0002]交流电机特别是异步电机由于具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、可用于较恶劣的环境等优点，已经广泛应用于各类生产机械和生活机械中。随着异步电机的广泛应用，其控制方法也在不断发展，目前最常用的控制方法是基于转子磁链定向的矢量控制方法，它通过坐标变化将给定子电流信号进行解耦，得到励磁电流和转矩电流，并对这两个信号分别加以控制，使异步电机获得媲美于直流调速系统的性能。矢量控制方法的关键在于对磁场进行正确的定位，而正确定位必须依赖于电机的物理参数来完成解耦控制，因此，准确地辨识电机参数是矢量控制发挥其优势的先决条件。[0003]电机参数包含定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、互感等，其中，转子电阻阻值会随着电机温度变化而变化，严重时转子电阻阻值在电机的温度变化剧烈时阻值变化率达到50%，会严重影响控制性能。通常在电机出厂之前，根据异步电机等效电路的方法测得转子电阻。但是，由于制造工艺差别，同一批的电机的转子电阻阻值也会存在一定差别。另外，在电机的实际运行中，传统的方法不能实时辨识转子电阻阻值。【
发明内容】[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出了一种异步电机转子电阻辨识方法和装置，在电机正常运行下，在输入信号上叠加至少一个低频信号作为激励信号，再根据转子磁链电压模型和转子磁链电流模型计算的转子磁链的大小来辨识转子电阻的实际值。该方案的计算复杂度低且能够可实时测试转子电阻，满足电机的实际应用需求。[0005]本发明提供以下技术方案:[0006]第一方面，本发明提供了一种异步电机转子电阻辨识方法，所述方法包括:[0007]在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号；[0008]在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；[0009]对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，并对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；[0010]计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。[0011]优选的，所述在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号，包括:[0012]测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量；[0013]测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量；[0014]根据转子磁链电压模型和转子磁链电流模型的数学公式分别计算αβ轴上的磁链信号。[0015]优选的，所述测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量，包括:[0016]利用电流传感器测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，或者，采用DC总线单电阻电流采样的方式来检测电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流；[0017]利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电流进行坐标变换，得到空间矢量αβ电流分量。[0018]优选的，所述测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量，包括:[0019]利用定子电压的重构方法计算得到三相定子实际电压；[0020]利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电压进行坐标变换，得到空间矢量αβ电压分量。[0021]优选的，所述计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值，包括:[0022]计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值；[0023]利用比例积分调节器对所述差值作调节处理得到调解值；[0024]计算所述调解值与电机转子辨识前电阻值之间的和值，将所述和值作为电机转子当前的电阻值。[0025]优选的，在给定励磁电流信号的基础上叠加两个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号，所述两个低频交流信号的频率分别是I赫兹和5赫兹；[0026]则所述对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，以及对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值，包括:[0027]对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链基准值；[0028]对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链估计值。[0029]第二方面，本发明提供了一种异步电机转子电阻辨识装置，所述装置包括:[0030]激励单元，用于在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号；[0031]监测单元，用于在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；[0032]谐波提取单元，用于分别对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，并对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；[0033]阻值计算单元，用于计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。[0034]优选的，所述监测单元，包括:[0035]电流测量子单元，用于测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量；[0036]电压测量子单元，用于测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量；[0037]计算磁链子单元，用于根据转子磁链电压模型和转子磁链电流模型的数学公式分别计算αβ轴上的转子磁链信号。[0038]优选的，所述电流测量子单元，包括:[0039]检测模块，用于利用电流传感器测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，或者，采用Dc总线单电阻电流采样的方式来检测电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流；[0040]第一变换模块，用于利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电流进行坐标变换，得到空间矢量αβ电流分量。[0041]优选的，所述电压测量子单元，包括:[0042]重构模块，用于利用定子电压的重构方法计算得到三相定子实际电压；[0043]第二变换模块，用于利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电压进行坐标变换，得到空间矢量αβ电压分量。[0044]优选的，所述阻值计算单元，包括:[0045]差值计算子单元，用于计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值；[0046]调节子单元，用于利用比例积分调节器对所述差值作调节处理得到调解值；[0047]阻值计算子单元，用于计算所述调解值与电机转子辨识前电阻值之间的和值，将所述和值作为电机转子当前的电阻值。[0048]优选的，所述激励单元具体用于在给定励磁电流信号的基础上叠加两个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号，所述两个低频交流信号的频率分别是I赫兹和5赫兹；[0049]则所述谐波提取单元，包括:[0050]第一谐波提取子单元，用于对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链基准值；[0051]第二谐波提取子单元，用于对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链估计值。[0052]本发明提供的上述技术方案，在矢量控制系统正常控制电机的过程中，在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号；在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，以及对转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；计算所述转子磁链基准值与估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。由于温度变化或者其他应用引起转子电阻阻值发生变化，转子励磁时间常数也会随之变化，电流模型中的转子磁链也随之发生变化，而电压模型中的转子磁链不会受到影响，因此，以电压模型转子磁链作为基准值，电流模型转子磁链作为估计值，利用基准值与估计值的差值来辨识转子实际的电阻值。这种辨识转子电阻的方式，基于电机实际运行中的电流电压状态，能够实时性地测试转子的电阻值，且整个过程计算复杂度低，能够满足电机的实际应用需求。【专利附图】【附图说明】[0053]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0054]图1为本发明揭示的异步电机转子电阻辨识方法实施例1的流程图；[0055]图2为本发明揭示的转子磁场定向矢量控制系统结构图；[0056]图3为本发明揭示的转子电阻辨识原理框图；[0057]图4为本发明揭示的异步电机转子电阻辨识装置实施例1的结构图。【具体实施方式】[0058]为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。[0059]实施例一[0060]参阅图1，示出的本发明实施例异步电机转子电阻辨识方法实施例1的流程图，该方法包括:[0061]步骤101，在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号。[0062]本实施例的技术方案是在矢量控制系统的基础上实现的，为了清楚地描述技术方案，首先对异步电机和矢量控制系统进行解释说明。[0063]电机是指把电能转化为机械能的一种设备，它包括固定部分、旋转部分和其他附件(如端盖、轴承、轴承端盖、风扇等)；其中，固定部分称为定子(stator),旋转部分称为转子(rator)。电机是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式型闭合铝框、绕线型线圈)形成磁电动力旋转扭矩。电动机按照使用电压的不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。目前，市场上应用最广泛的就是异步电机。[0064]矢量控制系统的工作原理是通过测试和控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理，将定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)，分别控制这两个分量的幅值和相位，即实现控制定子电流矢量。[0065]下面以具体的转子磁场定向矢量控制系统为例，对本实施例的实现场景进行解释说明。参与图2，示出的转子磁场定向矢量控制系统结构图。[0066]在图2中，ASR(AdjustableSpeedRegulator)为转速调节器，ACMR(AdjustabIeCurrentofMagneticRegulator)为定子电流励磁分量调节器，ACTR(AdjustabIeCurrentofTorqueRegulator)为定子电流转矩分量调节器。转速调节器是用于调节定子电流的转矩分量，以抵消转子磁链变化以及负载转矩的变化对转速带来的波动，最后达到平衡时，电机转子实际转速ω等于转子给定转速ω'电磁转矩Te等于负载转矩IV。根据ASR调节原理可知给定电磁转矩Τ:为:[0067]【权利要求】1.一种异步电机转子电阻辨识方法，其特征在于，所述方法包括:在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号;在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，并对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号，包括:测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量；测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量；根据转子磁链电压模型和转子磁链电流模型的数学公式分别计算αβ轴上的磁链信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量，包括:利用电流传感器测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，或者，采用DC总线单电阻电流采样的方式来检测电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流；利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电流进行坐标变换，得到空间矢量αβ电流分量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量，包括:利用定子电压的重构方法计算得到三相定子实际电压；利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电压进行坐标变换，得到空间矢量αβ电压分量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值，包括:计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值；利用比例积分调节器对所述差值作调节处理得到调解值；计算所述调解值与电机转子辨识前电阻值之间的和值，将所述和值作为电机转子当前的电阻值。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，在给定励磁电流信号的基础上叠加两个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号，所述两个低频交流信号的频率分别是I赫兹和5赫兹；则所述对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，以及对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值，包括:对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链基准值；对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链估计值。7.一种异步电机转子电阻辨识装置，其特征在于，所述装置包括:激励单元，用于在给定励磁电流信号的基础上叠加至少一个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号；监测单元，用于在所述激励信号的作用下，监测转子磁链电压模型中的磁链信号和转子磁链电流模型中的磁链信号；谐波提取单元，用于分别对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链基准值，并对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理得到转子磁链估计值；阻值计算单元，用于计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值，对所述差值进行比例积分调节处理得到电机转子当前的电阻值。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述监测单元，包括:电流测量子单元，用于测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，对所述三相定子实际电流作坐标变换得到空间矢量αβ电流分量；电压测量子单元，用于测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电压，对所述三相定子实际电压作坐标变换得到空间矢量αβ电压分量；计算磁链子单元，用于根据转子磁链电压模型和转子磁链电流模型的数学公式分别计算αβ轴上的转子磁链信号。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电流测量子单元，包括:检测模块，用于利用电流传感器测量电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流，或者，采用DC总线单电阻电流采样的方式来检测电机在所述激励信号的作用下的三相定子实际电流；第一变换模块，用于利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电流进行坐标变换，得到空间矢量αβ电流分量。10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电压测量子单元，包括:重构模块，用于利用定子电压的重构方法计算得到三相定子实际电压；第二变换模块，用于利用Clark变换矩阵对所述三相定子实际电压进行坐标变换，得到空间矢量αβ电压分量。11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阻值计算单元，包括:差值计算子单元，用于计算所述转子磁链基准值与所述转子磁链估计值之间的差值；调节子单元，用于利用比例积分调节器对所述差值作调节处理得到调解值；阻值计算子单元，用于计算所述调解值与电机转子辨识前电阻值之间的和值，将所述和值作为电机转子当前的电阻值。12.根据权利要求7至11任一项所述的装置，其特征在于，所述激励单元具体用于在给定励磁电流信号的基础上叠加两个低频交流信号，将叠加后的信号作为激励信号，所述两个低频交流信号的频率分别是I赫兹和5赫兹；则所述谐波提取单元，包括:第一谐波提取子单元，用于对所述转子磁链电压模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链基准值；第二谐波提取子单元，用于对所述转子磁链电流模型中的磁链信号作谐波提取处理，得到频率为是I赫兹的转子磁链分量和频率为5赫兹的转子磁链分量，计算这两个分量的平均值作为转子磁链估计值。【文档编号】H02P21/14GK103956957SQ201410208232【公开日】2014年7月30日申请日期:2014年5月16日优先权日:2014年5月16日【发明者】冯江华,尚敬,梅文庆,刘勇,张少云,黄佳德,江平申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司