一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法

技术领域

本发明属于交流电机传动控制技术领域，具体涉及一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法。

背景技术

多级式无刷同步电机(以下简称多级式电机)可靠性高、发电机技术成熟，广泛应用于航空领域。常见的多级式电机为三级式电机，由主电机、励磁机、副励磁机三级电机构成，主电机和励磁机采用旋转整流器连接转子，其结构如图1所示。而两级式电机则不包含副励磁机。近年来，多种多级式电机高性能控制算法相继提出，有效提高了多级式电机的控制性能。这类算法通常需要准确的励磁机定子参数，如果励磁机参数不准确，则会引起算法性能下降，甚至失效。因此，励磁机定子参数估算方法具有重要研究价值。

由图1可以看出，励磁机实际上是一个绕线式异步电机。针对绕线式异步电机已有成熟的参数辨识方法，但是这些方法都是建立在转子绕组短接的基础上。对于励磁机来说，其转子和旋转整流器相连，不为短接，同时，其转子侧也无法测量，导致现有方法不再适用。为了获得励磁机定子参数，可以将多级式电机加速到和励磁机定子磁场相同的转速，此时励磁机转子电流为零，即可利用励磁机定子电压和电流估算励磁机定子参数。但是，这种方法不能在电机静止的情况下实施，还需要原动机等设备，较为繁琐。

发明内容

为解决现有估算励磁机定子参数方法存在的问题，本发明提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，实现对旋转整流器换相过程的有效控制，确保能够利用旋转整流器换相过程进行励磁机定子参数估算。

本发明的技术方案为：

一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，包括以下步骤：

步骤1：在励磁机定子侧施加频率为f

步骤2：通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，具体步骤为：

在三相对称电压u

其中U

步骤2.1：设定一个较小的U

步骤2.2：根据公式

对i

得到i

步骤2.3：将U

步骤2.4：判断i

步骤3：估算励磁机定子参数：

步骤3.1：在旋转整流器导通区间，根据励磁机的三相对称电压u

步骤3.2：根据励磁机定子电压

进行参数估算；其中

进一步的，步骤3中，根据公式

得到励磁机定子α

进一步的，所述方波电压的占空比为1％-3％。

进一步的，步骤2.2中，低通滤波的截至频率为2Hz-5Hz。

进一步的，每次进入旋转整流器导通区间时进行参数估算，在换相区间不进行参数估算，参数在换相区间保持不变，等待进入旋转整流器导通区间时再次进行参数估算。

一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算装置，包括旋转整流器的换相状态确定模块和励磁机定子参数估算模块；

所述旋转整流器的换相状态确定模块通过在励磁机定子侧施加频率为f

所述励磁机定子参数估算模块在旋转整流器导通区间，根据励磁机定子电压

进行参数估算；其中

一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述方法。

一种计算机系统，包括：一个或多个处理器，上述计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现上述方法。

有益效果

本发明提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧施加频率为f

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：三级式电机结构图；

图2：无刷励磁系统示意图；

图3：注入方波电压的位置和方向；

图4：励磁机定子参数估算仿真结果。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

多级式无刷同步电机中的旋转整流器工作时具有强非线性特性：多级式无刷同步电机运行时，励磁机的励磁绕组和电枢绕组通过气隙磁场耦合产生换相电抗，换相电抗导致旋转整流器在换相过程中存在换相重叠角，根据换相重叠角范围和旋转整流器的运行模式，可将旋转整流器的换相过程分为三种换相模式，其中第一种换相模式，旋转整流器的换相状态包括导通区间和换相区间，而第二种换相模式，旋转整流器的换相状态仅包含换相区间。

当旋转整流器处于第一种换相模式的导通区间时，励磁机转子三相绕组中只有两相承载电流，另外一相电流为零。由于主电机励磁绕组电感很大，所承载的两相电流均为直流。因此，在导通区间，励磁机转子三相绕组电流的导数均为零，即不会在励磁机定子产生感应电动势。因此，从参数辨识的角度看，当旋转整流器处于第一种换相模式导通区间时，具有和励磁机转子三相电流均为零同样的效果，因此无需将多级式电机加速到励磁机定子磁场的转速。所以在导通区间，励磁机的定子参数可以通过励磁机定子电压和电流进行估算。但是，旋转整流器的换相过程与励磁机定子电压的频率、幅值以及多级式电机的参数有关，如不加以控制，则无法保证导通区间的长度足够甚至无法保证换相区间的存在，不利于励磁机定子参数的估算。

为此本发明提出了一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，实现对旋转整流器换相过程的有效控制，确保能够利用旋转整流器换相过程，在电机静止情况下进行励磁机定子参数估算。

下面采用MATLAB/Simulink对方法进行仿真验证。

设定励磁机定子电感为3.7mH，定子电阻为0.25Ω。下面介绍实施例包含的具体步骤：

步骤1：通过仿真软件自带的三相电源模块在励磁机的定子绕组上施加10V/200Hz的三相对称电压u

多级式电机的无刷励磁系统如图2所示，u

步骤2：通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，具体步骤为：

在三相对称电压u

其中占空比(高电平占T

步骤2.1：设定一个较小的U

步骤2.2：根据公式

对i

得到i

步骤2.3：将U

步骤2.4：判断i

步骤3：估算励磁机定子参数：

步骤3.1：在旋转整流器导通区间，根据励磁机的三相对称电压u

得到励磁机定子α

步骤3.2：根据励磁机定子电压

进行参数估算；其中

每次进入旋转整流器导通区间时进行参数估算，而在换相区间不进行参数估算，参数在换相区间保持不变，等待进入旋转整流器导通区间时再次进行参数估算。

通过以上步骤即可实现多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算。

此外，在本实施例中，还提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算装置，包括旋转整流器的换相状态确定模块和励磁机定子参数估算模块。

所述旋转整流器的换相状态确定模块通过在励磁机定子侧施加频率为f

所述励磁机定子参数估算模块在旋转整流器导通区间，根据励磁机定子电压

进行参数估算。

励磁机定子参数估算仿真结果如图4所示。由仿真结果可知，U

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。