一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统

技术领域

本发明属于直线感应电机参数辨识技术领域，更具体地，涉及一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统。

背景技术

直线感应电机(linearinductionmachine，以下简称LIM)是由旋转感应电机(linearinductionmachine，以下简称RIM)演变而来，无需中间传动装置便可以产生向前的推力使驱动对象做直线运动。除此之外，它还具备转向半径小、爬坡能力强和维护成本低等优势，非常适合应用于大功率城轨交通场合。然而，对于LIM相比于传统RIM，其参数变化机制更为复杂。

首先，由于其铁心开断等特殊结构，其励磁电感相对较小，与漏感值特别是初级漏感值差距不大。因而，励磁电感的较小绝对误差也将导致控制性能的明显降低。除此之外，一些现有的励磁电感辨识方法可能会出现失效或准确度降低。另外，LIM中存在的动态边端效应将会引起励磁电感和次级时间常数值的动态变化，且这种影响将随转速上升等因素加深。

现有的针对LIM的参数辨识主要集中在离线辨识，然而离线辨识结果无法较好地在动态过程中对参数进行修正。另外，相关RIM参数辨识研究中也较少考虑励磁电感的在线辨识，大多采用离线测得的曲线进行修正。大部分高性能控制方法，如模型预测控制、效率优化控制等，经常需要较为准确的电机参数，否则将无法充分发挥其性能。将辨识结果应用于其中可以有效提升其性能。因此，有必要对LIM励磁电感和次级时间常数进行在线辨识。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，其目的在于通过引入励磁电流导数和反电动势对电机励磁电感和次级时间常数进行在线辨识，采用电机励磁电感和次级时间常数补偿电机参数的动态变化。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法，包括以下步骤：

(1)根据参考电压矢量或目标电压矢量重构两相静止αβ坐标系下的初级电压；

(2)利用两相静止αβ坐标系下初级电流和电机速度，通过基于励磁电流微分的电流模型得到励磁电流微分的观测值；

(3)利用两相静止αβ坐标系下初级电流计算初级电流的微分值，并结合两相静止αβ坐标系下的初级电压，通过基于反电动势的电压模型得到反电动势的观测值；

(4)利用初级电流的微分值、反电动势的观测值和励磁电流微分的观测值，通过自适应率得到次级时间常数的辨识值；

(5)基于反电动势的观测值和激励电流微分的观测值，结合次级电感估计值，计算励磁电感的辨识值；

(6)重复步骤(1)～(5)，直至励磁电感的辨识值和次级时间常数的辨识值收敛，获取收敛后的励磁电感的辨识值和次级时间常数的辨识值。

进一步优选地，基于励磁电流微分的电流模型为：

其中，ΔT为控制器采样时间；i

进一步优选地，基于反电动势的电压模型为：

其中，

具体进一步优选地，次级时间常数的辨识值计算方法为：

其中，

进一步优选地，励磁电感的辨识值计算表达式为：

其中，

另一方面，本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识系统，包括：

初级电压采集单元，用于根据参考电压矢量或目标电压矢量重构两相静止αβ坐标系下的初级电压；

励磁电流微分观测单元，用于利用两相静止αβ坐标系下的初级电流和电机速度，通过基于励磁电流微分的电流模型得到励磁电流微分的观测值；

反电动势观测单元，用于利用两相静止αβ坐标系下初级电流计算初级电流的微分值，并结合两相静止αβ坐标系下的初级电压，通过基于反电动势的电压模型得到反电动势的观测值；

次级时间常数辨识单元，用于结合初级电流的微分值、反电动势的观测值和励磁电流微分的观测值，通过自适应率得到次级时间常数的辨识值；

励磁电感辨识单元，用于基于反电动势的观测值和激励电流微分的观测值，结合次级电感估计值，计算励磁电感的辨识值；

收敛判断单元，用于判断励磁电感的辨识值和次级时间常数的辨识值是否收敛，若收敛则输出收敛后的励磁电感的辨识值和次级时间常数的辨识值。

进一步优选地，基于励磁电流微分的电流模型为：

其中，ΔT为控制器采样时间；i

进一步优选地，基于反电动势的电压模型为：

其中，

进一步优选地，次级时间常数的辨识值计算方法为：

其中，

进一步优选地，励磁电感的辨识值计算表达式为：

其中，

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，采用电机励磁电感和次级时间常数补偿电机参数的动态变化；其中，从公式

本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，其中，通过引入励磁电流的导数以反电动势为观测量的电压模型方程，可以有效消除传统方法中电压模型的纯积分环节(传统的电压模型基于励磁电流：

本发明提供的整个参数辨识方法的推导仅用到一个系数简化

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种直线感应电机的双参数在线辨识方法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于直线感应电机稳态等效电路示意图；

图3是本发明实施例提供的辨识方法结构框图；

图4是本发明实施例提供的参数辨识和控制模块整体框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，通过构建一种基于励磁电流导数和反电动势的模型参考自适应系统及相应的自适应方法以对电机励磁电感和次级时间常数进行在线辨识，补偿电机参数的动态变化，同时为了减小辨识系统的参数整定工作量，提供的方法中仅有次级时间常数需要通过PI控制器进行自适应，励磁电感可以直接通过公式计算得到。

图1是本发明实施例提供的一种直线感应电机的双参数在线辨识方法流程图，具体包括以下步骤：

(1)采样电机速度v以及初级两相电流i

(2)根据参考电压矢量或目标电压矢量重构两相静止坐标系下的初级电压α轴分量u

以控制方法得到的参考电压矢量或目标电压矢量重构两相静止坐标系下的初级电压α轴分量u

(3)利用初级两相电流在静止αβ坐标系中的α轴分量i

本发明实施例采用的直线感应电机稳态等效电路如图2所示，从图2可以看出，直线感应电机稳态等效电路与旋转感应电机等效电路相比主要区别在于励磁电感和次级电阻参数值受边端效应影响，因此有必要对直线感应电机进行在线辨识修正，与该等效电路相对应的两相静止坐标系下的数学模型为：

其中，上标′、下标1和2分别代表微分、直线感应电机初级和次级变量；i，u和ψ分别为电流、电压和磁链矢量；R代表电阻，L代表等效电感，L

为了在电压和电流模型中分离励磁电感和次级时间常数，定义励磁电流：

i

结合公式(1)和(2)，可得以励磁电流为观测量的电流模型方程为：

根据该电流模型方程也可以得到励磁电流微分值的观测值，对于数字控制系统的实现需要采用如下离散化形式以提高观测精度：

其中：ΔT为控制器采样时间；i

(4)利用初级两相电流在静止αβ坐标系中的α轴分量i

结合公式(1)和(2)，可得以励磁电流为观测量的电压模型方程为：

考虑到励磁电感相比次级漏感较大，可进行如下简化：

可以看出，通过公式(3)观测得到的励磁电流相位几乎不受励磁电感值的影响，其幅值受影响较大；为了避免该模型中的纯积分环节，定义反电动势

可以看出，为对反电动势进行观测，需要初级电流的微分值，后面自适应率的实现也需要用到初级电流的微分值；另外，为了尽量提高辨识精度，漏磁系数的计算可采用如下简化形式：

其中，L

(5)利用初级电流的微分值i′

在进行次级时间常数在线辨识时，以电压模型为参考模型，以电流模型为可调模型，由公式

其中，

利用Popov超稳定性理论可以推导得到次级时间常数的自适应率为：

考虑到公式

其中，

因此，实际影响次级时间常数辨识稳态值的部分为：

考虑到为了消除电压模型中纯积分环节，选取励磁电流的微分作为状态量，则对应的自适应率可以调整为：

由于次级时间常数的辨识主要需要i′

其中，L

(6)利用反电动势的观测值

以电流模型观测得到的励磁电流微分值作为参考，结合电压模型观测得到的反电动势，励磁电感可直接通过下式计算得到：

其中，

(7)重复步骤(1)～(6)，使两个参数的辨识值分别收敛。

最后利用辨识得到的次级时间常数对电流模型所用参数进行反馈修正，辨识系统结构框图如图3所示，辨识系统和控制系统的框图如图4所示，所辨识参数可考虑用于控制系统参数在线修正，以提升控制性能；

整个系统仅需要整定一个PI控制器用于自适应辨识次级时间常数，励磁电感值可以通过开环计算直接得到，且无需反馈励磁电感值至辨识系统，但励磁电感的在线辨识实施需要建立在次级时间常数的辨识之上。

综上所述，本发明与现有技术相比，存在以下优势：

本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，其中，从公式

本发明提供了一种直线感应电机的双参数在线辨识方法及系统，其中，通过引入励磁电流的导数以反电动势为观测量的电压模型方程，可以有效消除传统方法中电压模型的纯积分环节(传统的电压模型基于励磁电流：

本发明提供的整个参数辨识方法的推导仅用到一个系数简化

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。