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1、第!卷第#期$%#年&%月电力电子技术()*+,-*./+(01.23(-456 7(4#8./(9*+6$%#!引言感应电机无速度传感器矢量控制系统以其结构简单、性能优良、价格低廉等诸多优点，近年来成为国内外交流传动领域的热门研发内容之一。该系统的控制质量在很大程度上依赖于所获得的电机参数6如电机的互感、定子电阻、转子电阻、定子漏感以及转子漏感的准确程度。目前，感应电机参数的辨识方法主要有离线辨识和在线辨识。离线辨识方法的不足之处是要对电机做堵转和空载运行实验；在线辨识的方法:&!5;除了运算量较大之外，还需要基于已知的一部分参数（如互感和漏感等）来辨识一两个时变参数如转子电阻等。现有的无速
2、度传感器矢量控制系统大多采用定字长的数字信号处理器=，在线运行时，难以胜任复杂的辨识算法。此外，这些方法无一例外地需要试运行电机和测量电机转速，显然在实用性上受到了限制，并且不适合无速度传感器矢量控制系统。因此需要研发简单实用的参数辨识方法。为此，提出了一种无需对感应电机做堵转和空载实验，而仅需要检测电机电流的参数辨识方法。该方法可以在感应电机启动前辨识出无速度传感器矢量控制系统所需的全部参数。同时，采用迭代算法求解非线性方程组，算法简单，适合定点?）摘要：基于感应电机三相定子绕组通单相正弦电流下的电机模型，设计了一种新的感应电机在静止状态下参数辨识的方法。该方法无需做堵转和空载实验，即可得到
3、电机无速度传感器矢量控制系统中所需要的全部参数。为了避免复杂的运算过程，文中提出了一种新的迭代算法替代直接求解非线性方程组。仿真和物理实验证明，该方法辨识精度高、计算简单、实用性强。关键词：电机；矢量控制 参数辨识；感应电机；静止状态；无速度传感器中图分类号：AB!%&4$文献标识码：C文章编号：&%D&%E（$%#）%#F%&5%F%5#$%&()*+*,-+./0-1213*-1%0 4-5%/2%+60+*(.0&+-+!2/.0/73-1%0 4%-%+GHC7I E1J(.KL0，MC7I I*0N，?，23*$(）#89-+*3-：I*/10N J.L+J/*Q(/(+RJ+JQ*
4、/*+SJ-L*2 9*T(+*2/J+/10N/K*U+1S*12 S*+V 1QR(+/J0/T(+2R*U 2*02(+-*22S*./(+.(0/+(-*U 10UL./1(0 Q(/(+U+1S*24C/R+*2*0/，Q(2/Q*/K(U2(T/K*RJ+JQ*/*+1U*0/1T1.J/1(0 0*U 0(-(JU/*2/J0U-(.W*U+(/(+/*2/4XL/，10 QJ0V JRR-1.J/1(02，1/12 U1TT1.L-/(R*+T(+Q 2L.K/*2/2 9*.JL2*/K*QJ.K10*12 L2LJ-V.(LR-*U/(/K*Q*.KJ01.J-(JU4=(
5、J Q*/K(U)K1.K.J0 R+(S1U*K1NK R+*.12*RJ+JQ*/*+2 T(+/K*2V2/*Q 12+*YL1+*U4AK12 RJR*+R+(R(2*2 2L.K W10U(T Q*/K(U)K1.K.J0 J.YL1+*J-/K*RJ+JQ*/*+2(T 2R*U 2*02(+-*22 S*./(+.(0/+(-2V2/*Q J/2/J0U2/1-Z+*YL1+10N 0(R*+T(+Q10N-(.W*U+(/(+/*2/J0U 0(-(JU/*2/41+2/-V6/K*RJR*+10/+(UL.*2/K*Q(/(+Q(U*-T(+/K*1U*0/1T1.J/1(0
6、 J/2/J0U2/1-4H0(+U*+/(N*/K*Q(/(+RJ+JQ*/*+2 J/2/J0U2/1-6/K*Q*/K(U JRR-1*2（1+*./L+*0/）J0U 210N-*RKJ2*C（C-/*+0J/10N L+*0/）J2*P.1/J/1(02/(1U*0/1TV/K*RJ+JQ*/*+24C-/K*RJ+JQ*/*+2 J+*1U*0/1T1*U L210NQ*J2L+*U.L+*0/2(0-V4=*.(0U-V6/K*RJR*+R+(R(2*2 J 0(S*-1/*+J/1S*J-N(+1/KQ/(2(-S*/K*0(0-10*J+*YLJ/1(02 9V)K1.K/K
7、*J-N(+1/KQ 12 21QR-1T1*U N+*J/-V J0U 12 2L1/J9-*T(+/K*T1P*U=1QR-*Q*0/J/1(0410J-V，2(Q*R+(9-*Q2 T(+/K*1QR-*Q*0/J/1(0 J+*U12.L22*U 2L.K J2/K*S(-/JN*U+(R(T R()*+U*S1.*2，/K*10S*+/*+U*JU/1Q*6/K*Q(/(+/*QR*+J/L+*+1210N J0U/K*+(/(+2W10*TT*./4:;%+/9：Q(/(+；S*./(+.(0/+(-=RJ+JQ*/*+1U*0/1T1.J/1(0；10UL./1(0 Q(/(+；
8、2/J0U2/1-2/J/*；2*02(+-*22!定稿日期：$%#F%5F&%作者简介：蒋小春（&#），男，湖南祁阳人，硕士研究生，研究方向为运动控制系统。图&通单相正弦交流电的感应电机&5%分量，可将电机的运行看成为分别在正序和负序电流下运行状况的叠加!#。图$示出正序和负序下的电机单相等效模型。图$感应电机正序和负序等效电路图中!%定子电阻!$转子电阻&%定子漏感&$!转子漏感(互感#转子转差$!)正序下电压%!%)正序下定子电流%!$)正序下转子电流$!*负序下电压%!%*负序下定子电流%!$*负序下转子电流图+,示出根据对称分量法推导出的感应电机三相定子绕组通单相正弦电流下的模型，对
9、图+,电路进行等效变换，可得图+-。图+感应电机通单相正弦电流下等效电路变换后的电机等效电路及简化电路通常，在感应电机中有&.&%.&$!，于是，图+,到图+-参数变换关系为：/.0.()&.（/01($2%）/!./01($!$!#$!（%）图+-到图+,参数变换关系为：(./11/)&%&./&/11/)&%!$!.!1（1/)&!#$）（$）对于图+-，参数!%可通过在定子绕组上加一个直流电压测得，故只需辨识剩余的参数，简化后的电路如图+3 所示。其中：!.$+!(2!%!)（+）图+3 所示电路的电导在稳态下为：%4!/)%!)4!.*)+4%!)&!&(!（）对图+-的电路分别通频率
10、为!.!%，!$，的正弦电流激励，这里!%#!$，由式（+）和式（）可得：%4!%/)%!)4!%.*%)+%4%!)!%&(!%&(%4!$/)%!)4!$.*$)+$4%!)!$&(!$&(!#$（5）即：!$)!%$.*%!%/)!%!$)!%$.2+%!$)!$.*$%!$/)!$!$)!$.2+$!#$（6）式（6）中 个方程中有%个和其他+个是相关的，且研究对象是实际的物理系统参数。故一定有解，显然可解得+个方程+个未知量/，!，。然后，将到的/，!，代入式（$）即可以求得(,!$!，&。式（6）可直接求解，但如果采用定字长的 789 求解多元非线性方程组，由于定字长的 789 精
11、度有限，所以难以实现。!参数辨识算法及程序流程图!#迭代法解方程为了避免用定点 789 求解非线性方程组（6），本文采用迭代法求解。通用的迭代法:如牛顿迭代法等算法较复杂，不易用 789 实现。考虑电机参数本身的特性及电感支路的电导在高低频段下存在较大差异的特点，可通过以下迭代步骤得到所需参数，右上角标代表迭代的次数：（%）给定一个较大的初值/（$），将;/（$），!%，!（!%），%!)（!%）代入式（）计算;!（%），（%）；（$）将;!（%），（%），!$，!（!$），%!)（!$）代入式（）计算/（%）；（+）将;/（-），!%，!（!%），%!)（!%）代入式（）计算;!（-)%），
12、（-)%）；（）将;!（-)%），（-)%），!$，!（!$），%!)（!$）代入式（）计算/（-)%）；（5）-.-)%；重复步骤（+），（）直到;/（-)%），!（-)%），（-)%）与;/（-），!（-），（-）之差绝对值小于给定值，其中-)/。根据上述迭代算法基本原理，迭代过程表示为：/（$）!%*+;!（%），（%）!&*+/（%）!%*+;!（&），（&）!&*+/（&）（=）式（=）中存在以下环节：;!（%），（%）!&*+/（%）!%*+;!（&），（&）即先在!&下由;!（%），（%）求出/（%），得到的/（%）既可变频器驱动下感应电机参数的一种辨识方法%+%第!卷第#期$%
13、#年&%月电力电子技术()*+,-*./+(01.23(-456 7(4#8./(9*+6$%#型号额定功率:;10=?&AB:C5%4$#D%4E%=C&5$F&4#%DB%$45%&5B表!实验电机铭牌数据以在!下反推回去得到G!（），（）H，也可以在!&下正推得到 G!（!），（!）H，但是在不同频率下，2（）对计算的G!（），（）H，G!（!），（!）H的影响亦不同。在!&足够高的情况下，2支路电导很小，2的误差对计算G!，H的影响很小，因此当 2（）有误差时，由其在!&下推出来的G!（!），（!）H比在!下推出来的G!（），（）H误差小，故可借助频率的升高，使计算出的G!（!），（!
14、）H比G!（），（）H更接近真值。而在下一步计算中由G!（!），（!）H计算出的 2（!）也比由G!（），（）H计算出来的 2（）更接近真值。综上所述，经过以上一次迭代计算后，G2（!），!（!），（!）H比G2（），!（），（）H更接近真值。重复这样的过程，G2（#），!（#），（#）H误差将不断减小，直至达到要求的辨识精度，这样就达到了求解非线性方程组的目的。#!辨识算法程序流程图图 D 示出程序流程图，系统 IJ 负责 O-10;仿真工具上进行了仿真。仿真所用电机参数为：!&P5$45!，!$P$4B!，P5%QR-;&6-;$PEBQ，表&给出仿真结果。表&中辨识结果&是在电流采样无干
15、扰情况下得到的，辨识结果$是在电流上加入&%S幅值的高斯白噪声得到的。比较两种结果可知该方法对测量噪音有较强的鲁棒性。$#!物理实验用该方法在两台电机上进行了物理实验，并将实验结果与常规电机学实验结果进行了比较。电机的参数如表$所示。实验中使用电压型通用变频器，中央处理器为 MKJ!$%NT$L%，其=:I 转换精度为&%位。常规电机学实验使用的测量仪器是横河公司的:Q-&R-$:Q&5$45$4B5%EB$5$45$4$&E表%仿真结果&5$的!触发导通波形。（!）再加!保护的试验方法再加电压!保护试验电路可采用与图#相同的电路。试验时电路输出的!要高于被试器件额定!的最大值$同时再加电压要
16、低于被试器件的%&电压。完成!(!触发试验后，要对器件阻断特性进行复测。!#$%&触发光控晶闸管!(特性及试验方法（）%&触发光控晶闸管的!#)!特性晶闸管一般适用于高压大电流场合，适合于串联应用，通过触发信号对晶闸管进行触发。在应用中，当触发源产生故障，不能向晶闸管发出触发脉冲时，例如当电压超过晶闸管的阻断电压时，若不采取其它保护措施，电控晶闸管将被击穿，而光控晶闸管由于内部集成了的%&保护功能，当电压超过光控晶闸管的%&电压时，晶闸管仍然可以工作。%&触发晶闸管的!#!特性试验，是专门用于检测%&触发时光控晶闸管的!#!导通特性。（!）%&触发光控晶闸管*+,-!#)!试验方法图.示出该试
17、验电路原理。高压发生器/用于产生光控晶闸管导通时所需的%&触发电压。$+用于检测动态!#)!。试验时，必须保证%和&同步，同时 0 也要和%同步工作。试验后要复测静态特性。图中1)(1!#)!振荡电路 2)(3%&!#)!产生电路45充电整流二极管0充电控制开关42$46隔离二极管!结论通过对新型大功率光控晶闸管各种新特性、工作原理的简单分析，首次提出了光控晶闸管特有特性的试验方法，并提供了正向恢复保护功能和!)!保护功能的验证波形。了解和理解这些特性，对正确使用新型光控晶闸管有着十分重要的意义。参考文献758 9:;?;:，AB!:;9CDEB!F 9I DE J:DKBLEDM:BLL:!
18、MEN:BCD9:OBDE/;DL:HD!P:9DQDB9;FR;QDB9;C7:S?QD:9;BQC SR:9T，2+2U3V：3W#6*X728AB!:;9CDEB!F ,?;:Y:!EHRC;X0?I$T:9DQD!,BLE P9O:MEN:BCD9:7J8X PZ/%3+5，P9O:Z9;:CB9;UAR:;:L:_H;NV7Z8X2+1：*1#*X图.%&触发光控晶闸管的*+,-!#(!试验电路!参数辨识结果$1(!$2%(!_(_,?a(_,变频器*XbW6X.+cc62.电机学*XbW6XWcc+2.表)*+#,-.电机实验结果!参数辨识结果$1(!$2%(!_(_,?a(_,变
19、频器62X622X*W2bb电机学62X622X6W2cbb表/,+!#-.电机实验结果作为结果。表 6 和表 c 示出两台电机的实验结果。用于辨识的电机电流波形如图*所示。图*用于辨识的电机电流波形#结论提出了一种通用变频器驱动时在感应电机静止状态下实现参数高精度辨识的方法。物理实验证明：该方法可以在电机启动前辨识出无速度传感器矢量控制系统所需要的全部参数，辨识时间短，辨识精度高。该方法不需要额外的硬件电路，辨识时不需要创造特殊的测试条件，如电机堵转、空载等，辨识算法简单，辨识程序简洁，可以方便地集成到目前各种通用的变频器中，具有较高的经济价值。参考文献718M R，P 4HC，F 0D:9
20、;HQEXCBL;H;!JTT?BQHDB9;9I SdD;!$!&C:C I9:H;!PH:H_D:SCDB_HDB9;B;,BLE$T:I9:_H;Q JZ:BC 7QDX S;LX$S?QDX P9O:JTT?BQHDX，1WW*，1c2（2）：.1#.bX728M R，J%:!NCX/_T?_;DHDB9;9I SdD;!KR;:L:&C:C I9:H;!PH:H_D:SCDB_HDB9;9I PY/;!RQDB9;9D9:B 7XZ9;IXP9O:S?QD:9;X JTT?BQHDX，1WW6，c：c6W#cccX768K eE;，K fR&0;C9:$?CC FB?!&:B;DHDB9;Z9;D:9?9I/;$!RQDB9;HQEB;HC!9;H RDRH?gJ0 0QE_ 7QD:9;X，5WWb，c*：b2c#b65X7c8汤蕴谬&电机理论与运行78X北京：水利电力出版社，5Wb6X7*8余功军X一种/%M 变频器死区时间的补偿策略78X电力电子技术，5WW.，65（c）：.#W&（上接第 562 页）新型大功率光控晶闸管特性试验方法及验证56.