一种基于分频耦合的电机参数辨识方法与流程

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于分频耦合的电机参数辨识方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，工业领域对电机性能的要求越来越高，对电机控制策略的控制精度要求也越来越高。但是这些控制策略的控制精度都是以控制对象是精确的数学模型为基础，而电机的电气参数是在实时变化中的。例如，电机运行造成电机本身温度的升高会使电机绕组电阻的参数发生变化，电机负载的变化也会造成电机绕组电感的变化。所以，要想高精度的控制电机，就必须要在线知道电机的实时参数。

传统的电机参数在线辨识方法通常是将部分参数设为固定值，使用电机状态方程在线辨识电机参数，但是如果设定的固定电机参数不准确或者由于外界原因发生变化时，将导致辨识出的电机参数出现偏差。另一种方法是利用额外的测量仪器对电机参数进行在线辨识，譬如利用功率表转矩测量仪，不间断的监测出电机的铜耗、铁耗、机械损耗等参数，以此来得出电机的各项参数。但是这种方法需要添加额外的精密设备，增加了硬件成本，不适宜大范围推广使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于分频耦合的电机参数辨识方法，本发明能够提高电机参数辨识准确性，降低系统成本，适用于电机的参数在线辨识，详见下文描述：

一种基于分频耦合的电机参数辨识方法，所述电机参数辨识方法包括：

高频检测信号注入机构部署在电源的输出侧，该机构由信号源和耦合电路构成；

高频检测信号以固定频率形式由信号源产生，信号源产生的高频信号通过耦合电路直接传递到永磁同步电机的电源线上；

通过传感器检测电机的电压或电流，经过带通滤波器后得到其中的高频分量，根据高频分量的最大值、有效值、相位信息辨识电机参数。

进一步地，所述高频检测信号由独立的信号源产生，高频检测信号与主功率回路分频复用电动机或发电机的电源线。

其中，所述在高频信号注入点与电网之间有高频信号阻波器，高频信号阻波器避免高频信号进入电网，从而防止电网电感带来的误差。

进一步，所述电机参数关系式具体为：

式中，uan，ubn，ucn分别为三相绕组相电压；ia，ib，ic分别为三相定子绕组电流；ea，eb，ec分别为三相绕组反电势；ra，rb，rc为定子绕组电阻；la，lb，lc为定子绕组等效电感。

其中，所述方法还获取到了高频条件下电机的三相绕组电压方程，具体为：

其中，为a相相电压高频分量；为b相相电压高频分量；为c相相电压高频分量；为a相定子绕组电流；为b相定子绕组电流；为c相定子绕组电流；f为高频检测信号频率。

其中，高频分量的之间关系式为：

通过该关系式获取高频电压分量与高频电流分量之间的幅值、相位关系。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、受限于功率器件的开关频率，传统辨识方法中检测信号的频率较低，本发明有独立的高频检测信号发生器，通过调节发生器中的电容电阻参数可以大幅提高检测信号的频率，从而提高对电感参数的辨识度。

2、本发明设计了分频复用电机电源线和绕组的高频检测信号注入方法，不需要添加额外的硬件设备，也不需要电机处于停顿或者启动的特殊状态，检测信号和驱动信号可同时通过电源线和绕组传输。在检测电压和电流信号的同时也会不影响电机的驱动信号，既能实现电机参数的在线辨识，又提高了电机参数的准确性，有利于对电机的运动进行精确控制。

附图说明

图1为基于分频耦合的电机参数辨识方法的原理图；

图2为基于分频耦合的电机参数辨识方法的一种高频信号阻波器的示意图；

图3为基于分频耦合的电机参数辨识方法的一种变压器耦合电路的示意图；

图4为一种高频检测信号源电路的示意图；

图5为永磁同步电机等效电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

频分复用技术是通信工程中常用的技术之一，它将传输信息的信道划分为若干个互相不重叠的子信道，每路信号占用其中一个频段，在接收端采用合适的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复所需要的信号。例如：电力线载波通信设备是电力系统通信中的采用频分复用技术的常用设备之一，它利用高压输电线作为有线通信的信道，为电力系统的远动、保护、生产指挥、通信调度和行政业务通信提供了手段。

本发明实施例的原理图如图1所示。其中电机选择永磁同步电机作为代表。从图1中可见，存在一套独立的高频检测信号注入机构部署在电源的输出侧，其中高频检测信号注入机构由信号源和耦合电路构成，高频检测信号以固定频率形式由信号源产生，信号源产生的高频信号通过耦合电路直接传递到永磁同步电机的电源线上。

高频检测信号注入点与电源之间有高频信号阻波器，在不影响电机的驱动电压的条件下避免高频检测信号进入电源。本发明实施例中可以使用常用的高频信号阻波器，图2示出了一种高频信号阻波器，该高频信号阻波器由电感线圈、保护元件和调谐元件组成。

耦合电路将高频信号传递到永磁同步电机的电源线上，并避免低频信号进入高频信号发生装置，图3示出了一种变压器耦合电路，对于不同的信号源可以选择不同的耦合电路。

图4示出了一种高频检测信号源电路，该电路可以产生一个固定的高频信号，其输出频率f＝1/[1.278(r2+rp)c1]，可见其高频信号的频率取决于电阻r2、rp和电容c1的选择。检测机构由电压传感器、电流传感器和带通滤波器组成，电压传感器和电流传感器测量永磁同步电机的线电压信号和定子绕组电流信号，线电压信号和定子绕组电流信号经过带通滤波器滤波后送入电机参数实时计算器得到实时的电机参数。

根据图5可得工频条件下电机的三相绕组电压方程：

式中，uan，ubn，ucn分别为三相绕组相电压；ia，ib，ic分别为三相定子绕组电流；ea，eb，ec分别为三相绕组反电势；ra，rb，rc为定子绕组电阻；la，lb，lc为定子绕组等效电感。

传统的参数在线辨识在不添加额外的设备的情况下，必须通过求得实时的绕组反电动势或气隙磁链来对参数进行辨识，而这两者都难以准确测量，且由于各相的电感差别很小，传统参数辨识方法几乎分辨不出三相绕组电感的差别。本发明提出的基于分频耦合的电机参数在线辨识另辟蹊径，使用高频检测信号将工频的反电动势与高频的相电压分量和阻抗电压分量分隔开，并且由于xl＝2πfl，频率提高的同时也扩大了三相绕组阻抗的差异，使电机参数辨识变得更加准确。式(2)为高频条件下电机的三相绕组电压方程：

其中，为a相相电压高频分量；为b相相电压高频分量；为c相相电压高频分量；为a相定子绕组电流；为b相定子绕组电流；为c相定子绕组电流；f为高频检测信号频率。

三相高频电压信号依次注入电路，在高频电压信号注入电路时，高频电压信号停止注入，此时高频电压分量：

此时高频分量之间关系式为：

此时通过测得的高频电压分量与高频电流分量之间的幅值、相位关系，即可确定a相定子绕组电感值与绕组电阻值，同理即可得b相、c相的定子绕组电感与绕组电阻值。

需要进一步说明，本发明的具体实施方法广泛，此处所做的实施例仅做详细说明作用，仅选取了一种优选的实施案例进行分析，实际使用中某些细节会有所变化，包括电机的种类，其他部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本发明的范围。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。