電機定子電阻的在線辨識方法、裝置和電機控制系統與流程
2023-05-12 04:32:16
本發明涉及電機技術領域，特別涉及一種電機定子電阻的在線辨識方法、一種電機定子電阻的在線辨識裝置和一種電機控制系統。
背景技術：
在基於矢量控制的無傳感器控制過程中，需要掌握精確的磁鏈信息，因此需要進行磁鏈估計。在基於電壓模型的定子磁鏈估計中，涉及到的電機參數只有定子電阻，故精確的定子電阻值可以提高磁鏈估計的精度。同時，根據精確的電機定子電阻值，也可以對電機的溫度進行實時監測。
相關技術中，基於電機穩態模型的定子電阻辨識方法，是根據檢測到的定子電流和定子電壓依次計算電機的無功功率、定子磁鏈、轉子磁鏈和電磁轉矩，然後根據上述計算結果和預先推導得到的定子電阻辨識表達式計算定子電阻；基於自適應理論的定子電阻辨識方法的關鍵點是通過反覆的試驗調節，確定合適的誤差量，如：基於電壓模型和電流模型的轉子磁鏈d軸分量的誤差、基於有功功率或者無功功率的誤差以及定子電流在同步旋轉dq軸系的d方向分量的誤差等，其過程是很複雜的。因此，如何降低定子電阻在線辨識的複雜度是本領域亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的第一個目的在於提出一種電機定子電阻的在線辨識方法，該方法能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
本發明的第二個目的在於提出一種電機定子電阻的在線辨識裝置。
本發明的第三個目的在於提出一種電機控制系統。
為實現上述目的，本發明第一方面實施例提出了一種電機定子電阻的在線辨識方法，包括以下步驟：向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流；獲取所述同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流；分別對所述d軸電壓和所述d軸電流進行低通濾波處理；以及根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。
根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識方法，首先向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流，並獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流，然後分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，並根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。該方法能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
根據本發明的一個實施例，所述預設電流為幅值恆定、頻率恆定的交變電流，其中，所述預設電流的頻率為所述電機的額定頻率的0.1％～1％。
根據本發明的一個實施例，分別通過n個截止頻率均相等的一階低通濾波器級聯構成的低通濾波環節對所述d軸電壓和所述d軸電流進行低通濾波處理，其中，所述n為1～3，所述截止頻率小於等於所述預設電流的頻率。
根據本發明的一個實施例，通過以下公式計算所述電機的定子電阻：
其中，Rs為所述電機的定子電阻，udf為所述低通濾波處理後的d軸電壓，idf為所述低通濾波處理後的d軸電流。
為實現上述目的，本發明第二方面實施例提出的一種電機定子電阻的在線辨識裝置，包括：注入模塊，用於向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流；獲取模塊，用於獲取所述同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流；濾波處理模塊，所述濾波處理模塊與所述獲取模塊相連，所述濾波處理模塊用於分別對所述d軸電壓和所述d軸電流進行低通濾波處理；以及計算模塊，所述計算模塊與所述濾波處理模塊相連，所述計算模塊用於根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。
根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識裝置，首先通過注入模塊向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流，並通過獲取模塊獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流，然後通過濾波處理模塊分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，最後計算模塊根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。該裝置能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
根據本發明的一個實施例，所述預設電流為幅值恆定、頻率恆定的交變電流，其中，所述預設電流的頻率為所述電機的額定頻率的0.1％～1％。
根據本發明的一個實施例，所述濾波處理模塊由n個截止頻率均相等的一階低通濾波器級聯構成，其中，所述n為1～3，所述截止頻率小於等於所述預設電流的頻率。
根據本發明的一個實施例，所述計算模塊通過以下公式計算所述電機的定子電阻：
其中，Rs為所述電機的定子電阻，udf為所述低通濾波處理後的d軸電壓，idf為所述低通濾波處理後的d軸電流。
此外，本發明的實施例還提出了一種電機控制系統，其包括上述的電機定子電阻的在線辨識裝置。
本發明實施例的電機控制系統，通過上述的電機定子電阻的在線辨識裝置，能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
附圖說明
圖1是根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識方法的流程圖；
圖2是根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識裝置的方框示意圖；
圖3是根據本發明實施例的電機控制系統的方框示意圖；
圖4是根據本發明一個實施例的電機控制系統的示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
下面參照附圖來描述根據本發明實施例提出的電機定子電阻的在線辨識方法、電機定子電阻的在線辨識裝置和具有該裝置的電機控制系統。
圖1是根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識方法的流程圖。如圖1所示，該電機定子電阻的在線辨識方法可包括以下步驟：
S1，向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流。
根據本發明的一個實施例，預設電流為幅值恆定、頻率恆定的交變電流，其中，預設電流的頻率可以為電機的額定頻率的0.1％～1％，具體可根據實際情況進行標定。
S2，獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流。
S3，分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理。
根據本發明的一個實施例，分別通過n個截止頻率均相等的一階低通濾波器級聯構成的低通濾波環節對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，其中，n可以為1～3，截止頻率小於等於預設電流的頻率，具體可根據實際情況進行標定。
S4，根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。
根據本發明的一個實施例，可通過下述公式(1)計算電機的定子電阻：
其中，Rs為電機的定子電阻，udf為低通濾波處理後的d軸電壓，idf為低通濾波處理後的d軸電流。
具體而言，為了能夠在線獲得電機的定子電阻，同時又不會影響電機的正常運轉，在電機運行的過程中，可以向電機的d軸注入幅值和頻率比較小的交變電流iinj，同時獲取電機的d軸電壓ud和d軸電流id，並對獲取的d軸電壓ud進行低通濾波處理，以獲得濾波後的d軸電壓udf，同時對獲取的d軸電流id進行低通濾波處理，以獲得濾波後的d軸電流idf，然後將濾波後的d軸電壓udf和d軸電流idf帶入上述公式(1)即可計算出電機的定子電阻Rs。從而不僅能夠獲得準確的定子電阻，而且方法簡單可靠，易於實現，可運用於工程實踐。
綜上所述，根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識方法，首先向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流，並獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流，然後分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，並根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。該方法能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
圖2是根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識裝置的方框示意圖。如圖2所示，該電機定子電阻的在線辨識裝置100可包括：注入模塊10、獲取模塊20、濾波處理模塊30和計算模塊40。
其中，注入模塊10用於向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流，獲取模塊20用於獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流，濾波處理模塊30與獲取模塊20相連，濾波處理模塊30用於分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，計算模塊40與濾波處理模塊30相連，計算模塊40用於根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。
根據本發明的一個實施例，預設電流為幅值恆定、頻率恆定的交變電流，其中，預設電流的頻率可以為電機的額定頻率的0.1％～1％。
根據本發明的一個實施例，濾波處理模塊30可由n個截止頻率均相等的一階低通濾波器級聯構成，其中，n為1～3，截止頻率小於等於預設電流的頻率。
根據本發明的一個實施例，計算模塊40可通過上述公式(1)計算電機的定子電阻。
具體而言，為了能夠在線獲得電機的定子電阻，同時又不會影響電機的正常運轉，在電機運行的過程中，可以通過注入模塊10向電機的d軸注入幅值和頻率比較小的交變電流iinj，同時，通過獲取模塊20獲取電機的d軸電壓ud和d軸電流id，並通過濾波處理模塊30對獲取的d軸電壓ud進行低通濾波處理，以獲得濾波後的d軸電壓udf，同時對獲取的d軸電流id進行低通濾波處理，以獲得濾波後的d軸電流idf，然後計算模塊40根據濾波後的d軸電壓udf和d軸電流idf，通過上述公式(1)計算出電機的定子電阻Rs。從而不僅能夠獲得準確的定子電阻，而且簡單可靠，易於實現，可運用於工程實踐。
根據本發明實施例的電機定子電阻的在線辨識裝置，首先通過注入模塊向同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流，並通過獲取模塊獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓和d軸電流，然後通過濾波處理模塊分別對d軸電壓和d軸電流進行低通濾波處理，最後計算模塊根據低通濾波處理後的d軸電壓和d軸電流計算電機的定子電阻。該裝置能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
圖3是根據本發明實施例的電機控制系統的結構框圖。如圖3所示，該電機控制系統1000包括上述的電機定子電阻辨識裝置100。
在本發明的一個具體示例中，如圖4所示，電機控制系統1000可以包括：電機1001、電流採樣模塊1002、第一坐標轉換模塊1003、電流校正模塊1004、直軸電壓模塊1005、交軸電壓模塊1006、第二坐標轉換模塊1007、SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，電壓空間矢量脈寬調製)驅動模塊1008、逆變器1009和直流電源1010。
其中，電流採樣模塊1002用於採樣電機1001的三相電流。第一坐標轉換模塊1003用於根據轉子初始位置對三相電流進行Clarke坐標變換和Park坐標變換以獲得直軸(d軸)電流和交軸(q軸)電流。電流校正模塊1004用於根據直軸參考電流和交軸參考電流分別對直軸電流和交軸電流進行電流校正以獲得直軸電壓變化值和交軸電壓變化值。直軸電壓模塊1005用於根據轉子電角速度調整直軸電壓。交軸電壓模塊1006用於根據轉子電角速度調整交軸電壓。第二坐標轉換模塊1007根據初始位置對直軸電壓與直軸電壓變化值之和和交軸電壓與交軸電壓變化值之和進行Clarke坐標反變換和Park坐標反變換以獲得三相電壓。SVPWM驅動模塊1008用於根據三相電壓輸出驅動信號。逆變器1009用於根據驅動信號控制電機1001的電流。直流電源1010用於為逆變器1009供電。
這樣，基於上述的電機控制系統1000，通過在電機的同步旋轉dq軸系的d軸注入預設電流iinj，然後獲取同步旋轉dq軸系的d軸電壓ud和d軸電流id，並對d軸電壓ud和所述d軸電流id進行低通濾波後，得到濾波後的d軸電壓udf和濾波後的d軸電流idf，最後根據濾波後的d軸電壓udf和所述濾波後的d軸電流idf計算出電機的定子電阻Rs。從而不僅能夠獲得準確的定子電阻，而且測量精度高，計算簡單、易於實現。
根據本發明實施例的電機控制系統，通過上述的電機定子電阻的在線辨識裝置，能夠獲得準確的定子電阻，且測量簡單，實現容易，可運用於工程實踐。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。