在ac感應(yīng)式電機中轉(zhuǎn)子時間常量在線識別的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請一般設(shè)及AC感應(yīng)式電機,并且更具體地,設(shè)及用于確定AC感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn) 子時間常量的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(例如AC感應(yīng)式電機)消耗所產(chǎn)生的電容量中的很大比例。用戶該工業(yè)"重負 荷機器(wor化orse)"的許多應(yīng)用為風(fēng)扇和累工業(yè)應(yīng)用。例如,在典型的綜合造紙廠中,低電 壓W及中電壓電機可包括全部驅(qū)動電負載的近70%。由于運些電機在工業(yè)中的盛行,電機 可靠并有效地運行是重要的。電機管理系統(tǒng)通常需要電機設(shè)計參數(shù)和性能參數(shù),W優(yōu)化電 機的控制和運行。類似地,電機狀態(tài)監(jiān)測使得電機能夠可靠地運行,并且許多電機狀態(tài)監(jiān)測 技術(shù)尋求特定的電機設(shè)計參數(shù)和性能參數(shù)W優(yōu)化電機的性能。
[0003] -種有助于優(yōu)化感應(yīng)式電機的控制和運行的此類電機性能參數(shù)為轉(zhuǎn)子時間常量 (轉(zhuǎn)子電阻),其對速度估計(在速度無傳感器感應(yīng)式電機控制中)的穩(wěn)態(tài)誤差W及動態(tài)調(diào)整 性能有著極大的影響。即,轉(zhuǎn)子時間常量的精確知識對于去禪接控制和速度估計二者均是 必需的。然而,轉(zhuǎn)子時間常量難W識別,尤其當(dāng)速度傳感器不可用/集成在感應(yīng)式電機和/或 電機控制系統(tǒng)中時。即,將意識到當(dāng)感應(yīng)式電機W穩(wěn)定狀態(tài)工作時,同時估計速度和轉(zhuǎn)子時 間常量(轉(zhuǎn)子電阻)在理論上不可行,W及僅當(dāng)磁通大小隨時間周期變化時,可實現(xiàn)速度和 轉(zhuǎn)子時間常量的同時估計。
[0004] 已經(jīng)采用各種現(xiàn)有技術(shù)來估計轉(zhuǎn)子時間常量。一種此類現(xiàn)有技術(shù)使用瞬態(tài)過程期 間的轉(zhuǎn)子磁通變量W及最小平方策略來完成所有速度下的轉(zhuǎn)子電阻在線更新。然而,此類 瞬態(tài)過程在一些工業(yè)應(yīng)用中不常出現(xiàn),并且最小平方策略極大的增加了計算負擔(dān),使得程 序更加復(fù)雜。另一已知現(xiàn)有技術(shù)在高速期間利用瞬態(tài)過程來識別轉(zhuǎn)子電阻并且在低速期間 與定子電阻的變化成比例地補償轉(zhuǎn)子電阻。該方法在一些應(yīng)用中同樣受到限制,由于缺少 電機運行期間的瞬態(tài)過程并且基于定子電阻的熱偏移可能與轉(zhuǎn)子電阻的熱偏移不相同的 事實,因此在低速期間補償轉(zhuǎn)子電阻時可能存在一些誤差。
[0005] 用于估計轉(zhuǎn)子時間常量的另一已知方法提取由逆變器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)引起 的電壓和電流動態(tài)高頻小信號,W識別轉(zhuǎn)子時間常量。然而,該方法的局限在于需要精確的 傳感器W檢測頻率極高的小信號,并且需要捕捉高頻信息的更快的AD轉(zhuǎn)換器。此外,該方法 的變化采用積分運算或者高階微分運算,二者可進一步導(dǎo)致更多誤差。
[0006] 用于估計轉(zhuǎn)子時間常量的又一已知方法從始終存在的MRAS誤差的信號抖動中提 取所需的信息。然而,系統(tǒng)的始終存在的小信號極難捕捉。用于估計轉(zhuǎn)子時間常量的再一已 知方法利用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的轉(zhuǎn)子時間常量的在線識別算法。然而,此類方法需 要大量計算并且程序相當(dāng)復(fù)雜。
[0007] 最后,用于估計轉(zhuǎn)子時間常量的其它已知方法提出基于信號插入的在線更新算 法。一種此類方法基于全階磁通觀測器來識別轉(zhuǎn)子電阻,并且使用導(dǎo)致具有較差精度的復(fù) 雜計算的迭代方法。另一相似方法再次基于全階磁通觀測器識別轉(zhuǎn)子電阻,但是需要具有 兩個不同頻率的小信號,運增加了實現(xiàn)的難度并可能受到速度變化的影響。另一此類信號 插入方法基于需要大量計算的改進的最小平方方法(固定跟蹤方法)。又一此類信號插入方 法運行而無需小信號的微分運算,但是識別表達太復(fù)雜并需要大量計算。在該方法中,插入 的信號頻率也必須仔細地選擇,必須設(shè)計合理的帶通濾波器,并且在識別轉(zhuǎn)子時間常量中 除W零是不可避免的,運極大地降低了精度。
[0008] 因此,期望設(shè)計一種系統(tǒng)及方法,所述系統(tǒng)及方法提供用于轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子時間 常量的同時估計。進一步期望提供在無負載或者滿負載兩種條件下具有高精度的該估計的 此類系統(tǒng)和方法,僅利用測量信號的幅度而無需考慮相位漂移(從而避免在過零點除W零) 并通過實施更少計算負擔(dān)同時仍提供精確估計結(jié)果的算法來執(zhí)行該估計。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明的實施例提出一種用于確定AC感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子時間常量的系統(tǒng)及方法。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一方面,一種非易失性計算機可讀存儲介質(zhì)具有存儲在其上的包含 指令的計算機程序,當(dāng)由至少一個處理器執(zhí)行該指令時,使得至少一個處理器生成用于運 行感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子磁通命令,使得磁通信號插入到轉(zhuǎn)子磁通命令中從而生成時變轉(zhuǎn)子磁 通,并通過電壓-電流磁通觀測器確定由時變轉(zhuǎn)子磁通產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度,轉(zhuǎn)子磁 通變量的幅度包括基于電壓-電流磁通觀測器的電流模型的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度W及基于 電壓-電流磁通觀測器的合并的電壓-電流模型的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度。指令進一步使得至 少一個處理器基于確定的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度而估計感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子時間常量。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面,一種確定AC感應(yīng)式電機的在線轉(zhuǎn)子時間常量的方法包括 將具有預(yù)先確定的幅度和頻率的磁通信號插入到轉(zhuǎn)子磁通命令中W便生成時變轉(zhuǎn)子磁通, 轉(zhuǎn)子磁通命令作為用于運行感應(yīng)式電機的可變速驅(qū)動(VSD)所實施的矢量控制方案的一部 分而被提供。方法還包括采樣VSD的DC總線上的DC電壓W及由VSD輸出的至少兩個相位上的 AC線電流,將采樣的DC電壓和AC線電流輸入到閉環(huán)電壓-電流磁通觀測器,利用電壓-電流 磁通觀測器并至少部分地基于采樣的DC電壓和AC線電流而確定轉(zhuǎn)子磁通變量幅度,W及基 于確定的轉(zhuǎn)子磁通變量幅度而估計感應(yīng)式電機的在線轉(zhuǎn)子時間常量。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面,電機控制系統(tǒng)包括可禪接到AC感應(yīng)式電機W控制該AC感 應(yīng)式電機的運行的可變頻率驅(qū)動(VFD),W及可操作地禪接至VH)或者與VFD集成的至少一 個處理器,該至少一個處理器被編程為生成用于運行感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子磁通命令,使得磁 通信號被插入到轉(zhuǎn)子磁通命令中W便生成時變轉(zhuǎn)子磁通,并提供時變轉(zhuǎn)子磁通命令作為用 于感應(yīng)式電機的矢量控制的輸入,無傳感器矢量控制通過可變速驅(qū)動實施W控制到感應(yīng)式 電機的電力輸入。該至少一個處理器進一步被編程為在感應(yīng)式電機運行期間采樣VSD的DC 電壓和線電流,將采樣的DC電壓和線電流提供至包括電壓模型和電流模型的電壓-電流磁 通觀測器,并通過電壓-電流磁通觀測器,確定基于電流模型的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度W及基 于電壓模型和電流模型二者的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度。該至少一個處理器進一步被編程為基 于確定的轉(zhuǎn)子磁通變量的幅度來估計感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子時間常量W及基于轉(zhuǎn)子時間常量 來估計感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子速度,其中估計感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子時間常量而無需考慮轉(zhuǎn)子磁通 變量的相位漂移,從而在估計轉(zhuǎn)子時間常量中不執(zhí)行在過零點除W零。
[0013] 從W下詳細的描述和附圖中,本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點將會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0014]【附圖說明】了目前預(yù)期用于實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[001引在附圖中;
[0016] 圖1為用于與本發(fā)明實施例一起使用的AC電機驅(qū)動W及相關(guān)聯(lián)的感應(yīng)式電機的示 意圖。
[0017] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的用于感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子時間常量的同步估 計的控制方案的示意框圖。
[0018] 圖3為用于與根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2的控制方案一起使用的閉環(huán)電壓和電流磁 通觀測器的示意圖。
[0019] 圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于估計在線轉(zhuǎn)子時間常量的技術(shù)的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明的實施例設(shè)及一種提供同時估計AC感應(yīng)式電機中的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子時間 常量的系統(tǒng)及方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例,可W由若干數(shù)字信號處理(DSP)設(shè)備中的任意一 種執(zhí)行對AC感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子時間常量的估計,此類設(shè)備被集成到與感應(yīng)式電 機相關(guān)聯(lián)的電機驅(qū)動中,或者作為獨立的算法單元和/或處理/計算設(shè)備而被提供。
[0021] 參照圖1,顯示了被配置為控制相關(guān)聯(lián)的AC感應(yīng)式電機運行的可與本發(fā)明的實施 例一起使用的電機設(shè)備10的一般結(jié)構(gòu)。
[0022] 電機驅(qū)動10可被配置為例如變速驅(qū)動(VSD),該變速驅(qū)動(VSD)被設(shè)計為接收=個 AC電力輸入,整流AC輸入,并執(zhí)行將所整流的段DC/AC轉(zhuǎn)換成供應(yīng)至負載的可變頻率和幅度 的=相交流電壓。在優(yōu)選實施例中,VSD根據(jù)示例性電壓/赫茲的特性而運行。在此而言,電 機驅(qū)動在穩(wěn)定狀態(tài)中提供± 1 %的電壓調(diào)節(jié),并具有小于3 %的總的諧波失真,±0.1 Hz的輸 出頻率,W及在滿負載范圍上的快速動態(tài)梯級負載響應(yīng)。同樣在優(yōu)選實施例中,VSD提供根 據(jù)矢量或者磁場定向控制方案的控制。
[0023] 在示例性實施例中,S相AC輸入12a-12c被饋送至S相整流橋14。輸入線阻抗在所 有S相中相等。整流橋14將AC電力輸入轉(zhuǎn)換為DC電力,從而DC總線電壓出現(xiàn)在整流橋14與 開關(guān)陣列16之間。通過DC總線電容器組18來平滑總線電壓。開關(guān)陣列16包括共同形成PWM逆 變器24的一系列IGBT開關(guān)20W及反并行二極管22"PWM