基于矢量控制的電機參數辨識及自調整策略
程 超，程善美
（華中理工大學，湖北武漢430074）
摘要：矢量控制技術要使感應電機達到與直流電機相同的調速性能，準確獲得磁場定向是關鍵，而磁場定向又依賴于電機模型參數的設定。解決這一問題的方法很多，文中對近年國內外一些有代表性的方法做了簡單的介紹，并對每種方法的優缺點進行了分析。
關鍵詞：參數辨識；磁場定向；模型參考自適應控制
中圖分類號：tm343 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)06-0019-03
1 引 言
矢量控制技術能使感應電機達到與直流電機相同的調速性能。因此，自70年代問世以來，一直受到人們的廣泛關注。眾所周知，矢量控制技術的關鍵在于磁場定向，而影響磁場定向的一個重要因素就是電機參數。如果電機某些參數不準或在電機運行時發生了變化，則勵磁電流不能維持恒定，磁場定向不準，將嚴重影響控制系統的靜態和動態特性[1]。
當基于矢量控制的控制器應用于未知電機時，相關參數必須要在電機啟動之前獲得。以往的方法如堵轉實驗和空載實驗的方法實現起來比較麻煩，且精度不易保證。文獻[2][3][4][5]利用電流控制的pwm逆變器，向電機注入單相電流信號，離線自動測量轉子時間常數和其它相關參數的方法，不需要堵轉電機和添加多余的硬件電路，也不需要專業人員在場，簡單有效。
感應電機的參數由于受周圍環境和電機運行環境的影響，往往呈現一定的時變特性，影響矢量控制的性能。從控制的角度來講，解決受控對象參數不準的方法之一就是對受控對象的參數進行在線辨識，并不斷更新電機參數值，使控制器設定值與實際值相符。文獻[6][7][8][9][10]中提出的幾種便是為達到這一目的而設計的。
文獻[10][11][12]采用了一種用于電機初值確定后進行自調整的方法，即模型參考自適應控制(mrac)方法，通過模型輸出與電機實際輸出量的偏差來修正轉子時間常數的設定值，結構簡單，易于理解。
2 電機參數初始值的測量
文獻[2]提出了一種基于頻域的瞬態電感和轉子電阻測試法。文章分析了電機的蓽相正弦激勵過程，以便為模型參考自適應控制(mrac)建立瞬時電感和轉子電阻初值。圖1是感應電機的單相模型。
其輸入阻抗的有效電阻和有效電感都是峨的函數。隨著t的不斷增大，它可近似為以下模型用電流控制的pwm逆變器為電機輸入單相激勵電流。在足夠大a寸，由所加電流和電壓前饋分量的系統方程，可以很容易地算出值（其中的ri可以由文獻[3]中的直流測試獲得）。該方法簡單有效，但要注意的是咄的值要足夠大才能保證近似的有效值，但又不能太大，否則趨膚效應會影響測量結果。另外由于磁路飽和，電流的大小也會影響測量結果。
文獻[3]提出了一種改進后的直流測試的方法，實現了對ri的自動測量。該方法利用逆變器為測量ri提供直流電源。圖2是典型的逆變器一電機連接圖。圖3是等效電路圖。在調整定子繞組電流使線圈預熱到正常工作時的溫度后，由于輸入定子繞組的直流信號含紋波，導致定子線圈發熱，不同的開關頻率下測得的r．不同。為減小紋波效應的影響，同時又為了避免復雜的運算，考慮不同開關頻率下測得的三組ri值。在二階多項式pk(x) 代表不同的開關頻率xk下測得ri，系數ao即為消除熱效應后計算的ri值，它可以由克萊姆法則求得。由于考慮了開關效應的影響，測得的電機參數可以直接用于矢量控制。
文獻[4][5]提出了一種測量轉子時間常數(tr)的經濟，易行的方案。該方案利用電流控制的pwm逆變器為電機輸入單相正弦交流信號在t。時刻，將它加在電機定子的兩相上，并保持第三相的電流為零。經過充分長時間（f>tr）以后，為定子電流的磁通分量的參考值，可由空載測試獲得），將定子電流切換為直流。由于三相交流電機在單相供電時不會產生轉矩，轉子靜止，等于滑差角頻率。在交流切換為直流后，如果t0ls不等于正確 |
