直线感应电机的离线参数辨识方法与流程

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种直线感应电机的离线参数辨识方法。

背景技术：

直线感应电机(lim)成功地用于驱动轨道交通中的磁悬浮列车和地铁车辆等。使用直线电机驱动的最大特点是驱动力不再受轮、轨粘着的限制，仅取决于该定子、转子系统的电磁性能，因而是一种非粘着驱动方式，这一特点正是直线电机受到青睐的重要原因。

参数辨识方法分为离线辨识和在线辨识两种。在线辨识能够跟踪电机参数的变化，对电机参数进行校正，从而提高矢量控制系统的精度。电机的初始参数对于在线辨识过程非常重要，微小的参数误差有可能导致在线辨识的失败，因而进行电机参数在线辨识之前需要对电机进行离线辨识，以得到电机准确的初始参数。

空载和堵转试验是传统的离线参数辨识方法。例如，利用静态频率响应试验法，根据电机的二阶传递函数得到了电机的等效电路模型；使用了相同的传递函数，利用极大似然估计法来得到二阶传递函数模型的参数；利用一种静态激励的方法来辨识互感。上述几种方法均需要频率响应分析器或功率放大器特殊设备才能完成。现有技术中还有利用pwm逆变器对直线感应电机进行空载试验和单相试验，解决了直线电机初、次级漏感不相等的问题，但是在实际中lim的初级一般装于车厢底部转向架上，次级铺设于铁轨，致使空载实验实施困难。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种直线感应电机的离线参数辨识方法，以使得到直线感应电机准确的初始参数。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种直线感应电机的离线参数辨识方法，包括：

初级电阻值获取步骤：采用预设的直流实验法辨识初级电阻r1，得到初级电阻值

等效串联电阻获取步骤：向直线感应电机通入单相交流电，计算得到当前等效串联电阻req和等效串联电感leq；

次级电阻值获取步骤：对直线感应电机施加单相高频交流电压，辨识次级电阻r2，得到次级电阻值

参数获取步骤：对直线感应电机施加了单相低频交流电压，辨识互感lm、初级漏感l1和次级漏感l2，得到互感值初级漏感值次级漏感值

本发明实施例通过提出一种直线感应电机的离线参数辨识方法，通过向直线感应电机通入单相交流电来代替堵转试验，为了辨识次级电阻r2，对电机施加了单相高频交流电压，为了辨识互感lm、初级漏感l1和次级漏感l2，对电机施加了单相低频交流电压，解决了辨识精度差的问题，进而得到了直线感应电机准确的初始参数。

附图说明

图1是本发明实施例的直线感应电机的离线参数辨识方法的流程图。

图2是本发明实施例的等效试验模型的示意图。

图3是本发明实施例的正序等效电路图。

图4是本发明实施例的负序等效电路图。

图5是本发明实施例的直线感应电机通入单相交流电后的等效电路图及化简后的等效电路图。

图6是本发明实施例的输入的电压和得到的电流波形图。

图7是本发明实施例的输入的单相交流电压的电流波形图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1，本发明实施例的直线感应电机的离线参数辨识方法，包括以下步骤。

初级电阻值获取步骤：采用预设的直流实验法辨识初级电阻r1，得到初级电阻值预设的直流实验法为传统的直流实验方法。

等效串联电阻获取步骤：向直线感应电机通入单相交流电，计算得到当前等效串联电阻req和等效串联电感leq。直线感应电机通入单相交流电时，等效试验模型如图2所示。直线感应电机通入单相交流电时，产生的转矩为0，因而直线感应电机处于静止状态，故可忽略其边端效应，此时直线感应电机的状态与在三相交流电下的堵转情况几乎相同，当铁心工作在线性区时，直线感应电机在单相供电条件下与在三相交流电的堵转情况下无明显差别；当铁心工作在饱和区时，由于三次谐波的存在，lm在三相交流电下的堵转情况时比在单相供电时要稍大一些。故可向直线感应电机通入单相电来代替堵转试验。直线感应电机通入单相交流电后，由于不存在零序分量，故可利用对称分量法将三相不对称电压分解为正序和负序电压分量，直线感应电机的运行情况则为正序和负序运行状况下的叠加，正序和负序的单相等效电路如图3、图4所示，从而推导出了直线感应电机在单相交流电下的等效电路，如图5(a)所示，图5(a)化简可得图5(b)。图中，r1为定子电阻，r2为定子电阻，lm为互感、l1为初级漏感，l2为次级漏感。当lim的初级绕组为星形连接时，u为uab/2，i为ia，当lim的初级绕组为角形连接时，u为uab，i为2/3ia，uab和ia分别表示测得的a、b相间电压和a相电流。

次级电阻值获取步骤：对直线感应电机施加单相高频交流电压，辨识次级电阻r2，得到次级电阻值在直线感应电机和旋转电机中，一般存在：

β＝lm/lr；

其中lr＝lm+l2，对于旋转电机而言，β一般为0.95，对直线感应电机而言，β一般为0.92。

当通入的单相交流电频率足够高时，使r2＜＜ω(lm+l2)；

则为直流实验法得到的初级电阻值。

参数获取步骤：对直线感应电机施加了单相低频交流电压，辨识互感lm、初级漏感l1和次级漏感l2，得到互感值初级漏感值次级漏感值

作为一种实施方式，所述等效串联电阻获取步骤中，采用下式计算等效串联电阻req：

采用下式计算等效串联电感leq：

其中，ω表示电机角速度，且ω＝2πf，f为输入单相电的频率，且

φ表示相电压u和相电流i之间的相位差。

作为一种实施方式，所述次级电阻值获取步骤中，采用下式辨识计算得到次级电阻值

req1为对直线感应电机施加单相高频交流电压时等效串联电阻req的值，β为0.92。

作为一种实施方式，所述参数获取步骤中，采用下式辨识计算得到互感值

采用下式辨识计算得到初级漏感值

采用下式辨识计算得到次级漏感值

其中，req2为对直线感应电机施加单相低频交流电压时等效串联电阻req的值，ω2为对直线感应电机施加单相低频交流电压时的电机角速度的值。

作为一种实施方式，所述次级电阻值获取步骤中单相高频交流电压的频率范围为10r2-30r2。在辨识r2时，使输入的单相交流电频率满足10≤ω(lm+l2)/r2≤30，则可得到比较准确的r2。

作为一种实施方式，所述参数获取步骤中单相低频交流电压的频率范围为2hz-6hz。输入的单相交流电频率在2-6hz之间时，则可使l1、l2及lm的误差都在±10％内。

示例：本发明对一台直线感应电机的参数进行了辨识，此电机命名为lim1，其中r1＝0.514ω，r2＝1.01ω，l1＝0.00822h，l2＝0.00459h，lm＝0.05288h，初级绕组为星形连接。

在辨识r1时，通入的pwm波的频率为1khz，通过调节占空比来可调节输入直流电压的大小。输入的电压波形和得到的电流波形如图6所示。求得r1＝0.5131ω，误差为-0.18％。

在检测r2时，向a、b两相间通入频率为29hz的单相交流电压，对a、b相间电压及a相电流进行采样后进行傅里叶分解，利用公式计算得出r2＝0.9996ω，误差-1.02％。输入的单相交流电和得到的电流波形如图7(a)、7(b)所示。为了测量l1、l2及lm的值，向lim的a、b两相间通入频率为2hz的低频交流电，进行傅里叶分解后，利用公式得到l1＝0.008489h，l2＝0.004586h，lm＝0.05274h，误差分别为3.27％、0.08％、0.26％。

本发明实施例不仅考虑了l1、l2不相等的因素，而且不会增加特殊的测量仪器，实施起来简单，克服了传统空载试验难以应用于直线感应电机的不足，因而具有一定的工业实用价值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。