无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法及系统

本发明属于但不限于交流伺服系统，尤其涉及一种基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法及系统。

背景技术：

1、感应电机凭借其价格低廉，可靠性高，坚固耐用的优势在制造装备、轨道交通、新能源等领域得到了广泛的应用。无速度传感器控制系统相对于有速度传感器的控制方法，减少了安装在电机主轴上的编码器装置，避免了编码器信号与控制板之间信号传输的干扰，在降低了控制系统成本的同时提升了可靠性。但在无传感感应电机控制系统运行过程中，转子时间常数常随转子温度变化而改变，而转子时间常数变化会影响滑差频率和转速的估计，因此在线辨识转子时间常数对实现高性能的感应电机无传感控制具有重要意义。

2、传统的转子时间常数估计方法常需要转速反馈，难以应用至无传感矢量控制系统中，且转子速度与转子时间常数在电气模型中存在较强的耦合性，磁链幅值恒定的情况下无法满足转子速度与转子时间常数并行辨识的充分激励条件。磁链估计是无传感矢量控制中的关键环节，而用于磁链观测的电压模型由于其包含的纯积分环节易受到反电动势中直流偏置的影响会使得估计磁链发生漂移，传统方法常用低通滤波替代纯积分器来抑制直流偏置的影响，但低通滤波会带来估计磁链的幅值衰减与相位滞后，从而影响转子时间常数和转子位置的估计精度。实际应用中的无传感控制系统易受到噪音的影响，从而降低转子时间常数估计的准确性，提升转子时间常数辨识算法对噪音的鲁棒性也是实现准确辨识的关键。综上，需要进一步探索简单有效的辨识策略，提升感应电机无传感下的转子时间常数的估计性能。

3、鉴于上述分析，现有技术存在的急需解决的技术问题为：

4、(1)传统感应电机转子时间常数辨识方案需要转速反馈，而无传感下转子速度与转子时间常数具有强耦合的特性，无法进行并行辨识；

5、(2)传统的电压模型中的纯积分器易受到直流偏置的影响使得估计磁链发生饱和偏移；

6、(3)传统的转子时间常数估计方法，鲁棒性较差，易受噪音影响，所提方案设计了一种基于滑模观测器的转子时间常数估计器。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法及系统。

2、本发明是这样实现的，一种基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法，其特征在于，基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法，该方法具体包括：

3、s1：应用复系数转子磁链估计器估计转子磁链；

4、s2：向d轴注入带偏置的正弦激励，通过park变换得dq轴下的转子磁链与经过滤波后的定子电流；

5、s3：应用所设计的基于滑模观测器的转子时间常数估计器在线辨识转子时间常数；

6、s4：应用锁相环估计定子频率与转子位置。

7、进一步，所述s1，设计复系数转子磁链估计器，所应用的复系数转子磁链观测器表达式如下：

8、

9、式中lm为互感，lr为转子电感，j为复矢量符号，ωe为定子频率，由锁相环计算得到，kf为复系数磁链观测器的增益，usα,usβ为定子电压，isα,isβ为定子电流，ψrα,ψrβ为转子磁链，rs为定子电阻，ls为定子电感，σ为漏感系数。

10、进一步，所述s2，在旋转坐标系下电流型磁链观测器表达式如下：

11、

12、式中tr为转子时间常数，isd为d轴电流，ψrd为d轴磁链。向d轴注入如式(3)所示的电流信号：

13、

14、式中id_rated为d轴额定电流，为d轴参考电流。对定子电流进行如下的复系数滤波：

15、

16、将磁链观测值与经过滤波后的电流值进行如下的帕克变换：

17、

18、式中iα_filter，iβ_filter，id_filter，iq_filter分别为滤波后的alpha轴电流，beta轴电流，d轴电流和q轴电流。

19、进一步，所述s3，应用估计的转子磁链和滤波后的定子电流代入式(7)得：

20、

21、根据式(8)设计滑模观测器如下：

22、

23、式中为的估计值，为1/tr的估计值，ε1为的估计误差，ε2为1/tr的估计误差。假设转子时间常数为缓时变参数，即p(1/tr)＝0，

24、进一步，所述s4，完成转子时间常数在线辨识后，进一步应用锁相环来获得转子速度，锁相环表达式如下：

25、

26、式中kp、ki为锁相环增益，为估计运行频率，为估计转子位置。

27、本发明另一目的在于提供一种基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识系统，该系统具体包括：

28、磁链估计模块，用于估计转子磁链；

29、滑模观测模块，用于估计转子时间常数；

30、锁相环模块，用于估计定子频率与转子位置。

31、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

32、第一、本发明提供一种基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法。传统感应电机转子时间常数辨识方案需要转速反馈，而无传感下转子速度与转子时间常数具有强耦合的特性，无法进行并行辨识，本发明通过向d轴注入带偏置的正弦电流来满足并行辨识转子速度与转子时间常数的充分激励条件。传统的电压模型中的纯积分器易受到直流偏置的影响使得估计磁链发生饱和偏移，本发明提出了一种复系数转子磁链估计器，有效的抑制了反电动势中直流偏置与高次谐波的影响。传统的转子时间常数估计方法，鲁棒性较差，易受噪音影响，本发明设计了一种基于滑模观测器的转子时间常数估计器，其在保证参数收敛速度的同时能够有效地提高估计器的鲁棒性。

33、第二，本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

34、本发明为感应电机无传感矢量控制提供了一种无须加载即能够准确辨识转子时间常数的技术方案，从而提升了在长时间工作下电阻值发生漂移时转速估计的准确性，有较高的实用价值。

35、第三，本发明的技术方案通过基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法，解决了现有技术中感应电机控制系统中转子时间常数难以实时准确估计的问题。在传统的感应电机控制方法中，由于缺乏准确的转子时间常数辨识手段，导致电机在不同工况下的动态响应和稳态性能不佳，尤其是在负载变化和转速波动较大的情况下，电机的控制精度难以保证。

36、本发明采用复系数转子磁链估计器和滑模观测器相结合的方法，通过实时在线辨识转子时间常数，显著提高了感应电机的动态响应能力和稳态控制精度。复系数磁链观测器能够更准确地估计转子磁链，相比传统方法，抗干扰能力更强，而滑模观测器在处理系统非线性和不确定性方面具有显著优势。此外，通过注入正弦激励信号和应用锁相环技术，本发明能够在复杂运行条件下稳定估计转子位置和定子频率，进一步提升了控制系统的鲁棒性和响应速度。

37、因此，本发明的技术方案在解决转子时间常数在线辨识难题方面取得了显著的技术进步，不仅提高了感应电机的控制精度和稳定性，还增强了系统的适应性和抗干扰能力，为高性能无传感电机控制提供了可靠的技术保障。

38、第四，本发明的技术方案在产业应用中解决了感应电机控制系统中转子时间常数在线辨识的难题，显著提高了电机控制系统的性能和稳定性。传统感应电机控制系统通常依赖传感器获取转子位置信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，而且在实际应用中，传感器的安装和维护也存在较大的困难和局限性。此外，传统方法难以实时准确估计转子时间常数，尤其是在工况变化较大或负载波动的情况下，导致电机的控制精度和响应速度受到影响。

39、本发明通过采用基于复系数磁链观测器的无传感感应电机转子时间常数在线辨识方法，解决了上述技术难题。复系数磁链观测器能够在不依赖物理传感器的情况下，实时估计转子磁链，并结合滑模观测器的鲁棒性，实现了转子时间常数的准确在线辨识。这一技术进步显著提升了电机控制系统的动态响应能力和稳态控制精度，使系统在各种复杂工况下都能保持稳定运行。

40、此外，本发明采用锁相环技术进一步提高了系统的稳定性和精度，使得电机控制能够更好地适应实际应用中的多变工况，增强了系统的适应性和可靠性。该技术方案在产业应用中，特别是在高性能电机控制领域，具有广泛的应用前景和显著的技术进步，为无传感电机控制技术的推广应用提供了有力支持。