基于矢量控制的电机参数辨识及自调整策略
程 超，程善美
（华中理工大学，湖北武汉430074）
摘要：矢量控制技术要使感应电机达到与直流电机相同的调速性能，准确获得磁场定向是关键，而磁场定向又依赖于电机模型参数的设定。解决这一问题的方法很多，文中对近年国内外一些有代表性的方法做了简单的介绍，并对每种方法的优缺点进行了分析。
关键词：参数辨识；磁场定向；模型参考自适应控制
中图分类号：tm343 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)06-0019-03
1 引 言
矢量控制技术能使感应电机达到与直流电机相同的调速性能。因此，自70年代问世以来，一直受到人们的广泛关注。众所周知，矢量控制技术的关键在于磁场定向，而影响磁场定向的一个重要因素就是电机参数。如果电机某些参数不准或在电机运行时发生了变化，则励磁电流不能维持恒定，磁场定向不准，将严重影响控制系统的静态和动态特性[1]。
当基于矢量控制的控制器应用于未知电机时，相关参数必须要在电机启动之前获得。以往的方法如堵转实验和空载实验的方法实现起来比较麻烦，且精度不易保证。文献[2][3][4][5]利用电流控制的pwm逆变器，向电机注入单相电流信号，离线自动测量转子时间常数和其它相关参数的方法，不需要堵转电机和添加多余的硬件电路，也不需要专业人员在场，简单有效。
感应电机的参数由于受周围环境和电机运行环境的影响，往往呈现一定的时变特性，影响矢量控制的性能。从控制的角度来讲，解决受控对象参数不准的方法之一就是对受控对象的参数进行在线辨识，并不断更新电机参数值，使控制器设定值与实际值相符。文献[6][7][8][9][10]中提出的几种便是为达到这一目的而设计的。
文献[10][11][12]采用了一种用于电机初值确定后进行自调整的方法，即模型参考自适应控制(mrac)方法，通过模型输出与电机实际输出量的偏差来修正转子时间常数的设定值，结构简单，易于理解。
2 电机参数初始值的测量
文献[2]提出了一种基于频域的瞬态电感和转子电阻测试法。文章分析了电机的荜相正弦激励过程，以便为模型参考自适应控制(mrac)建立瞬时电感和转子电阻初值。图1是感应电机的单相模型。
其输入阻抗的有效电阻和有效电感都是峨的函数。随着t的不断增大，它可近似为以下模型用电流控制的pwm逆变器为电机输入单相激励电流。在足够大a寸，由所加电流和电压前馈分量的系统方程，可以很容易地算出值（其中的ri可以由文献[3]中的直流测试获得）。该方法简单有效，但要注意的是咄的值要足够大才能保证近似的有效值，但又不能太大，否则趋肤效应会影响测量结果。另外由于磁路饱和，电流的大小也会影响测量结果。
文献[3]提出了一种改进后的直流测试的方法，实现了对ri的自动测量。该方法利用逆变器为测量ri提供直流电源。图2是典型的逆变器一电机连接图。图3是等效电路图。在调整定子绕组电流使线圈预热到正常工作时的温度后，由于输入定子绕组的直流信号含纹波，导致定子线圈发热，不同的开关频率下测得的r．不同。为减小纹波效应的影响，同时又为了避免复杂的运算，考虑不同开关频率下测得的三组ri值。在二阶多项式pk(x) 代表不同的开关频率xk下测得ri，系数ao即为消除热效应后计算的ri值，它可以由克莱姆法则求得。由于考虑了开关效应的影响，测得的电机参数可以直接用于矢量控制。
文献[4][5]提出了一种测量转子时间常数(tr)的经济，易行的方案。该方案利用电流控制的pwm逆变器为电机输入单相正弦交流信号在t。时刻，将它加在电机定子的两相上，并保持第三相的电流为零。经过充分长时间（f>tr）以后，为定子电流的磁通分量的参考值，可由空载测试获得），将定子电流切换为直流。由于三相交流电机在单相供电时不会产生转矩，转子静止，等于滑差角频率。在交流切换为直流后，如果t0ls不等于正确 |
