中自網

熱門搜索:plc  工業以太網  變頻器  PID  電機  低壓  傳感器  無線通訊 

當前位置:首頁>>應用案例首頁>>專業論文>>正文

基于MRAS的永磁同步電機在線參數辨識

發布日期:2020-10-04   來源:《變頻器世界》20-07期   作者: 劉閏嬋   瀏覽次數:380
分享到:
【摘   要】:在永磁電機運轉過程中,電機的參數會實時發生變化,而調節器不能進行參數自校正,為了獲得更好的控制效果,需要對電機的參數進行在線辨識。本文提出基于模型參考自適應(MRAS)的PMSM在線辨識方法,建立參考模型和可調模型,利用兩個模型的輸出量之差,通過合適的自適應律來現對PMSM參數的辨識,在線估計定子電阻、定子電感、永磁體磁鏈,并通過MATLAB仿真驗證可行性。


關鍵詞:永磁同步電機;在線參數辨識;模型參考自適應;參考模型;可調模型

Abstract: During the operation of permanent magnet motor, the parameters of the motor will change in real time, but the regulator can’t perform self-correction of paramBeters. In order to obtain better control effect, the parameters of the motor need to be identified online. This paper proposes a model reference adaptive system (MRAS) based on PMSM online identification method, which establishes a reference model and an adjustable model, then uses the difference between the output of the two models to identify the PMSM parameters through an appropriate adaptive law. Stator resistance, stator inductance, permanent magnet flux linkage were estimated online and verified by MATLAB simulation.

Key words: PMSM; Online parameter identification; MRAS; Reference model; Adjustable model

 

1  引言

與傳統的電勵磁同步電機相比,永磁同步電機具有結構簡單、體積小、質量輕、運行可靠等顯著優勢。近年來,隨著永磁材料性能的不斷提高以及交流伺服控制技術的不斷成熟,永磁同步電機在民用、軍事、航天等領域得到了廣泛應用[1-2]。目前永磁同步牽引電動機的軌道車輛牽引控制系統對牽引電動機的控制多采用矢量控制,矢量控制使用的大都是電機的固有參數,但PMSM在運行過程中,電機的參數會實時變化,因此,在對轉子磁極位置進行有效觀測的基礎上,永磁同步電機矢量控制的精度取決于對電機參數的辨識精度及狀態參數的觀測精度[3-7]

本文基于模型參考自適應算法(MRAS)對永磁同步電機的參數進行在線辨識。經仿真實驗驗證,模型參考自適應算法可以準確地辨識出定子電阻、定子電感、永磁體磁鏈。

2  PMSM矢量控制

矢量控制又稱作磁場定向控制或者解耦控制,此種控制方式的核心思想是利用坐標變換思想模擬直流電機控制[8-9]。通過將三相靜止坐標系下的定子電流變換為兩相旋轉坐標系下的直流分量,將空間上互相垂直的勵磁分量和轉矩分量分別控制,從而實現勵磁電流和電機轉矩的解耦,使控制交流電機像控制直流電機一樣簡單。目前,矢量控制以其優越的性能成為應用最廣泛的控制策略。

永磁同步電機矢量控制策略的方法主要有控制id=0、功率因數等于1控制、最大轉矩電流控制等幾種常用方法。


3  基于模型參數自適應(MRAS)的永磁同步電機在線參數辨識

3.1  模型參數自適應原理

模型參數自適應算法是目前電機參數辨識常用算法之一。從結構上MRAS由參考模型、可調模型及自適應律三部分組成[10-11]。一般把不帶辨識參數的表達式作為參考模型,把含有辨識參數的表達式作為可調模型,將兩模型輸出的差經過自適應機構,并通過合適的自適應律調節可調模型中待辨識參數的值,當兩模型輸出一致時,可調模型中的待辨識參數收斂到一個正確的值并得到辨識。

3.2  參考模型與可調模型的確定

根據電機的數學方程,PMSM在d-q兩相旋轉坐標系下的電壓方程為:

 

                                        

 

4  基于MARS的PMSM參數辨識仿真

4.1  系統仿真模型的建立

PMSM的參數辨識系統中,在已知電機轉子磁極位置條件下,基于矢量控制系統,將矢量控制中的交直軸電壓、電流以及轉子電氣角速度作為模型參考自適應辨識模塊的輸入,在此子模型中進行運算,線性估計出電機的定子電阻、定子電感和永磁體磁鏈,具體的Simulink仿真模型如圖1。

 


1
  基于MARS的三相PMSM參數辨識仿真模型

在圖1中,MARS是一個封裝的參數辨識的仿真模塊,由幾部分組成,具體如圖2所示:其中MARS1為三相PMSM可調模型的仿真模型,子系統分別為參數自適應率的仿真模型,在此系統中,將每次線性估計的值送回可調模型中,輸出的電流估計值與參考模型中的電流值對比,當誤差趨向于0時,MARS是漸進穩定的,可以認為可調模型的參數值收斂到了真實值。

 

2  MARS仿真模型的組成

4.2  仿真及結果分析

三相PMSM的定子電阻為2.875Ω,電感為8.5mH,永磁體磁鏈為0.175Wb,極對數為4。仿真條件設置為:參考轉速為1000r/min,初始時負載轉矩為0Nm,在0.2s時負載轉矩變為10Nm,仿真結果如圖3-圖8所示。


                                             

 

 

通過觀察比較圖3-圖8可知,初始時負載轉矩為0Nm,經過不到0.02s的波動得到穩定,在0.2s時增加了10Nm的負載轉矩,辨識值發生變化,經過自身調節,波形重新穩定下來。其中,電感LS的辨識值穩定在8.5mH附近,辨識值相對誤差在1%左右,電阻的辨識值在2.85-2.9Ω之間,辨識值相對誤差為1%,永磁體磁鏈的辨識值在0.172-0.175Wb之間變化,相對誤差2%左右。可以看出,模型參考自適應辨識方法精度較高,收斂速度很快,辨識結果可靠。

5  結論

本文基于模型參考自適應方法,根據Popov超穩定性理論,對PMSM的電感、定子電阻、永磁體磁鏈進行了辨識。經過仿真實驗可知,該方法收斂速度快、辨識精度較高,能夠實時地實現對有關參數的辨識,在工程應用領域有一定的運用價值。

參考文獻:

[1] Tomonobu Senyu, Kaname Kinjo, Naomitsu Urasski and Katsumi Uezato. Parameter Measurement for PMSM Using Adaptive Identification[C]. IEEE Transactions on Magnetics, 2002:711-716.

[2] Inoue Y, Morimoto S, Sanada M. Comparative Study of PMSM Drive Systems Based on Current Control and Direct Torque Control in Flux-Weakening Control Region[C]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2013, 48 (6):2382-2389.

[3] 李紅梅,陳濤. 永磁同步電機參數辨識研究綜述[J]. 電子測量與儀器學報,2015,(5):638-647.

[4] 張僑. 永磁同步電機參數辨識的研究[D]. 武漢:華中科技大學,2010.

[5] 石建飛,戈寶軍,呂艷玲,等. 永磁同步電機在線參數辨識方法研究[J]. 電機與控制學報,2018,22(3):17-24.

[6] 張英范. 基于參數辨識的永磁同步電機自適應控制[D]. 廣東:廣州工業大學,2011:12-14.

[7] 楊宗軍,土莉娜. 表貼式永磁同步電機的多參數在線辨識[J]. 電工技術學報,2014,29(3):111-118.

[8] 馮曉云. 電力牽引交流傳動及其控制系統[M]. 北京:高等教育出版社.2009:38-44.

[9] 李耀華,劉衛國. 永磁同步電機矢量控制與直接轉矩控制比較研究[J]. 電氣傳動,2010,40(10):9-12.

[10] 韓世東. 基于MRAS的永磁同步電機無速度傳感器控制研究[D]. 南京:南京工業大學,2016.

[11] 張瑞峰,于森林,劉婷,等. 基于模型參考自適應的永磁同步電機在線參數辨識方法研究[J]. 機車電傳動,2015,44(2):71-76.

[12] 袁雷,胡冰新. 現代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真[M]. 北京航空航天大學出版社,2016.

 
 
[ 應用案例搜索 ]  [ ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 關閉窗口 ]  [ 返回頂部 ]

0條 [查看全部]  網友評論

 
欧美 国产 综合 欧美 视频