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直流電機靜止參數(shù)辨識原理

原創(chuàng) 變頻研發(fā)部李凱中礦傳動訊息

論

壇

中礦傳動技術(shù)交流

理論研究

2022年第10期

總第45期

2022年04月18日發(fā)布

直流電機靜止參數(shù)辨識原理

變頻技術(shù)研發(fā)部李凱

摘要：直流電機靜止參數(shù)辨識是一個較為專業(yè)的名詞，它多用在控制系統(tǒng)在匹配新電機平臺需要進行控制器參數(shù)調(diào)節(jié)時，需要有經(jīng)驗的電氣工程師進行必要的人工調(diào)試。而本文著重介紹了通過辨識出電機參數(shù)后結(jié)合電流環(huán)控制器參數(shù)整定方法可以實現(xiàn)控制器參數(shù)的自動整定。

理論與實踐相結(jié)合將更有助于很多現(xiàn)場問題的解決，希望變頻研發(fā)部的這篇文章能對在實踐中探索的各位讀者帶來收獲。

引言

一般情況下，控制系統(tǒng)在匹配新的電機平臺時需要進行控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使電機平臺能夠順利啟動并初步達到穩(wěn)定運行的能力，在此基礎(chǔ)上再進行后續(xù)功能的開發(fā)及優(yōu)化。此過程可以稱之為控制系統(tǒng)的初始化過程，通常情況下該項工作需要有經(jīng)驗的工程師進行人工調(diào)節(jié)，尤其是當電機參數(shù)未知時，該過程可能要工程師花費更多的時間和精力。

由于電流環(huán)控制器的控制參數(shù)主要依賴于電機參數(shù)，辨識出電機參數(shù)后結(jié)合電流環(huán)控制器參數(shù)整定方法可以實現(xiàn)控制器參數(shù)的自動整定。由此不僅可以節(jié)省控制系統(tǒng)的初始化時間，還能使控制系統(tǒng)在匹配不同電機平臺時都能具有良好的控制性能。因此對電機進行初始參數(shù)辨識顯得尤為重要。

電流環(huán)設(shè)計用到的主要電機參數(shù)包括電阻和電感。電阻的傳統(tǒng)測量方法包括交流靜態(tài)法、直流暫態(tài)法、直接負載法等，這些方法通常需要借助電橋等外部儀器或電路進行人工電阻測量，同時對實驗人員也有一定要求，不利于提高系統(tǒng)的通用性及辨識效率。與此相比采用伏安法辨識電阻的實現(xiàn)過程較為簡單方便，只需向電樞注入一定幅值的電壓，等待電流穩(wěn)定后即可計算出定子電阻值。但由于注入的電壓值較小，受死區(qū)影響較大，因此采用兩點式伏安法辨識。

電感辨識常用的方法是電壓階躍響應(yīng)法，電壓階躍響應(yīng)法需要分別向電樞注入恒定的電壓，檢測電流上升過程。

圖1 電控系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場

直流電機靜止參數(shù)辨識

1、直流電機電阻辨識。

對直流電機電樞電阻辨識采用的是兩點式伏安法。電機的電壓方程為

（1）

采用伏安法辨識電阻時，是對直流電機的電樞繞組施加一個較低的直流脈沖電壓，因為勵磁繞組不供電，電機的轉(zhuǎn)子不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。

受系統(tǒng)中電感的作用電樞電流會經(jīng)過一段時間后達到一個穩(wěn)定值，當響應(yīng)電流穩(wěn)定后，根據(jù)指令電壓值和響應(yīng)電流值可以得到電阻的辨識值。

實驗中給定一個恒定的直流電壓UDC，令U=UDC，等待電流穩(wěn)定后記錄響應(yīng)電流穩(wěn)態(tài)值If，由此電樞電阻可以表示為:

（2）

由于變流器無法提供恒定的直流電壓，實際是通過給定恒定占空比對母線電壓進行高頻斬波獲得的等效直流電壓。直流電機電樞電阻一般較小，為了避免產(chǎn)生過大電流，通常所需的直流電壓值較小，而直流母線電壓較高，脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號的占空比很小，此時由于死區(qū)時間帶來的影響較為明顯。

受死區(qū)影響,變流器實際輸出電壓與期望輸出電壓之間存在一個誤差Δu，由于輸出電壓是直流且穩(wěn)定情況下系統(tǒng)模型是線性的，誤差電壓Δu可以認為是一個恒定值，因此采用兩點式伏安法辨識電阻值為：