基于矢量控制的電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及自調(diào)整策略
程 超，程善美
（華中理工大學(xué)，湖北武漢430074）
摘要：矢量控制技術(shù)要使感應(yīng)電機(jī)達(dá)到與直流電機(jī)相同的調(diào)速性能，準(zhǔn)確獲得磁場(chǎng)定向是關(guān)鍵，而磁場(chǎng)定向又依賴于電機(jī)模型參數(shù)的設(shè)定。解決這一問(wèn)題的方法很多，文中對(duì)近年國(guó)內(nèi)外一些有代表性的方法做了簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：參數(shù)辨識(shí)；磁場(chǎng)定向；模型參考自適應(yīng)控制
中圖分類號(hào)：tm343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)06-0019-03
1 引 言
矢量控制技術(shù)能使感應(yīng)電機(jī)達(dá)到與直流電機(jī)相同的調(diào)速性能。因此，自70年代問(wèn)世以來(lái)，一直受到人們的廣泛關(guān)注。眾所周知，矢量控制技術(shù)的關(guān)鍵在于磁場(chǎng)定向，而影響磁場(chǎng)定向的一個(gè)重要因素就是電機(jī)參數(shù)。如果電機(jī)某些參數(shù)不準(zhǔn)或在電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生了變化，則勵(lì)磁電流不能維持恒定，磁場(chǎng)定向不準(zhǔn)，將嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性[1]。
當(dāng)基于矢量控制的控制器應(yīng)用于未知電機(jī)時(shí)，相關(guān)參數(shù)必須要在電機(jī)啟動(dòng)之前獲得。以往的方法如堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較麻煩，且精度不易保證。文獻(xiàn)[2][3][4][5]利用電流控制的pwm逆變器，向電機(jī)注入單相電流信號(hào)，離線自動(dòng)測(cè)量轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和其它相關(guān)參數(shù)的方法，不需要堵轉(zhuǎn)電機(jī)和添加多余的硬件電路，也不需要專業(yè)人員在場(chǎng)，簡(jiǎn)單有效。
感應(yīng)電機(jī)的參數(shù)由于受周圍環(huán)境和電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的影響，往往呈現(xiàn)一定的時(shí)變特性，影響矢量控制的性能。從控制的角度來(lái)講，解決受控對(duì)象參數(shù)不準(zhǔn)的方法之一就是對(duì)受控對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)，并不斷更新電機(jī)參數(shù)值，使控制器設(shè)定值與實(shí)際值相符。文獻(xiàn)[6][7][8][9][10]中提出的幾種便是為達(dá)到這一目的而設(shè)計(jì)的。
文獻(xiàn)[10][11][12]采用了一種用于電機(jī)初值確定后進(jìn)行自調(diào)整的方法，即模型參考自適應(yīng)控制(mrac)方法，通過(guò)模型輸出與電機(jī)實(shí)際輸出量的偏差來(lái)修正轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的設(shè)定值，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解。
2 電機(jī)參數(shù)初始值的測(cè)量
文獻(xiàn)[2]提出了一種基于頻域的瞬態(tài)電感和轉(zhuǎn)子電阻測(cè)試法。文章分析了電機(jī)的蓽相正弦激勵(lì)過(guò)程，以便為模型參考自適應(yīng)控制(mrac)建立瞬時(shí)電感和轉(zhuǎn)子電阻初值。圖1是感應(yīng)電機(jī)的單相模型。
其輸入阻抗的有效電阻和有效電感都是峨的函數(shù)。隨著t的不斷增大，它可近似為以下模型用電流控制的pwm逆變器為電機(jī)輸入單相激勵(lì)電流。在足夠大a寸，由所加電流和電壓前饋分量的系統(tǒng)方程，可以很容易地算出值（其中的ri可以由文獻(xiàn)[3]中的直流測(cè)試獲得）。該方法簡(jiǎn)單有效，但要注意的是咄的值要足夠大才能保證近似的有效值，但又不能太大，否則趨膚效應(yīng)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。另外由于磁路飽和，電流的大小也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。
文獻(xiàn)[3]提出了一種改進(jìn)后的直流測(cè)試的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ri的自動(dòng)測(cè)量。該方法利用逆變器為測(cè)量ri提供直流電源。圖2是典型的逆變器一電機(jī)連接圖。圖3是等效電路圖。在調(diào)整定子繞組電流使線圈預(yù)熱到正常工作時(shí)的溫度后，由于輸入定子繞組的直流信號(hào)含紋波，導(dǎo)致定子線圈發(fā)熱，不同的開關(guān)頻率下測(cè)得的r．不同。為減小紋波效應(yīng)的影響，同時(shí)又為了避免復(fù)雜的運(yùn)算，考慮不同開關(guān)頻率下測(cè)得的三組ri值。在二階多項(xiàng)式pk(x) 代表不同的開關(guān)頻率xk下測(cè)得ri，系數(shù)ao即為消除熱效應(yīng)后計(jì)算的ri值，它可以由克萊姆法則求得。由于考慮了開關(guān)效應(yīng)的影響，測(cè)得的電機(jī)參數(shù)可以直接用于矢量控制。
文獻(xiàn)[4][5]提出了一種測(cè)量轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(tr)的經(jīng)濟(jì)，易行的方案。該方案利用電流控制的pwm逆變器為電機(jī)輸入單相正弦交流信號(hào)在t。時(shí)刻，將它加在電機(jī)定子的兩相上，并保持第三相的電流為零。經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)時(shí)間（f>tr）以后，為定子電流的磁通分量的參考值，可由空載測(cè)試獲得），將定子電流切換為直流。由于三相交流電機(jī)在單相供電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子靜止，等于滑差角頻率。在交流切換為直流后，如果t0ls不等于正確 |
