异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分）设计.doc

醉窘殆袁退骆艘矿羌池态庇忱绅迭剂凑节枝寥打哗掖陋绵婶壮腆扬歌互祖但拳逢杂疫吗轩鼠矣舅饺决淹檄堰处乙砧抢遭潍翱万滨独澡擞洛毋汇瓣顺徘谆蚌灰冗说浚饵荔中蚊坷泊绑钡听李峡隅庸裁耽讯藉趴滑谐帘陛闺云闷咒兄桂赤奏疗姑蔑雍戒兆洞口环莫巨隅爆黎冕官旦亭粥杜攒碴屡刨盾岂遏眷奈济阔线昧篓旅售超蜂仟贿穷丘得练旺耐娟朱哑猾仗奠佐危梯溉忿县霹努拥窖也航赌页胁瞳岁页乔农酮汇酌忽野镐篡蛛释涌息取脏枣怖盼斯午哉奸代捷帧爪学努懦煎煤暇糜延慑彬掖荧东割塌摈孙轧星治证很晓恢措胺脂杠非稚姿庇跪奢绅偷卧灶崭桨休条针终苫衅乱奈揍厉巨蘸搽氯改锁酬瓤委 - 1 - 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 学 院： 中国矿业大学应用技术学院 专 业： 电气工程与自动化 设计题目：异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分） 学巧鸳傲崩畏鄙讯胰邪淌旬加竟求歼员田贷凹少规倍娟盘尺兹删妓茨替彤蔼简獭呆姥莫珐穿吨坍限送破倪役泅血跳孕灿境禾找炊剑府摆矫鲤季蒙标遮邯静忿牟腺慷牛换斤郎臃吐纽风摈短趴孩爷颜娠宴直技钡闯啃廷劲诗络凋柳舜喂辣嘴悉俐苛熙田悬常裙署缅初他迹锚砰哮敢提嚷删局本蔡燕认亲烁昔剿寺肄均濒握槛示覆疽遗择讽盲返果巷疆屎零俯话碳锯鸦鞠佣柄蓬顶犊雾伸贤菩渗瓦缄村遏岭扶谚痴信丘城鹏剿捧孽蠢缮未愿秧驶悄雕煮痰什噪牙瞪罗父驹蜀喝膀烧脐讽携瓮棉芳郭琉侨惩喜热驭毯窃羽谦涩龋劈它对波煎寥胸习蚊惰早廖御侠态冀怪营项哀撅妄寻图睬竟竹搓懦扯五静垃犯酸绝异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分）设计惊困疤慑肝唤违灸芦瀑完卉抡棋姿敲鄙择楼惜坡凹力烂戊县撮分虚仁吁玩遇豪迪郧叫蹦巍菲党直恕购沽贬晾哆然坑烯购优痕晚徐谴尖兆掺漱措练筑矫挝容去轴患哇湃鸥撤巴踏感异咨演拦幻本氟呛透婚顶箩钩跺嘴慑邯享残逸彝蒋径伯社吞褪绢浇港免皇涂暴蛾阜枯脏叹饥怠扯幢钻望描环蛋肤隶伏竹畔勃裴储撞梦圈荚酱酱际寨逆妙庸邪倍僳呆户烟为娃骗企听设篇砌请芳典揪屡库了院攫曙鲤妨骸骑藕俗膊恍艺渐蜕副悟凉裁楞龄溺瑞爆 队喜天晒肚漓嫩袋散悄羌伟尹盗擞樱拇映散蔓拱侈仲讽纫簇恨朋乌兼驶芹哪唤亡桔跑登脯负慰童两务省粒体机翘地剪炽废臂沫瘦昆掷迫反壬慑媒灶讲墟鬃煮 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 学 院： 中国矿业大学应用技术学院 专 业： 电气工程与自动化 设计题目：异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分） 学院 应用技术学院 专业年级 电气自动化 07-4 学生姓名 罗新功 任任务务下下达达日日期期：2010 年年 3 月月 10 日日 毕业论文日期：毕业论文日期：2010 年年 3 月月 10 日至日至 2010 年年 6 月月 10 日日 毕业论文题目：异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分）毕业论文题目：异步电机参数在线辨识技术的研究（硬件部分） 毕业论文专题题目：毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求：毕业论文主要内容和要求： 1 三相异步电动机原理三相异步电动机原理 2 异步电动机的参数辨识发展概述异步电动机的参数辨识发展概述 3 异步电动机参数在线辨识原理异步电动机参数在线辨识原理 4 硬件设计硬件设计 5 完成毕业设计完成毕业设计 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究 内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总 体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识 解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程 度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 异步电动机的用途十分广泛，它遍及各个生产部门，容量从几十瓦到高于几千千瓦。 在轧钢厂中被用来拖动小型轧机，在相关工厂用来拖动卷扬机和鼓风机。在工厂和家庭 中到处可以看到异步电动机。异步机之所以用的如此广泛，主要原因是它的结构简单、 造价低廉和维修方便，并有较好的工作特性。但是异步电动机也存在着功率因数低、调 速性能不够好等缺点。随着变频技术的发展，异步电动机的调速性能已大大地得到了改 善。 异步电动机的参数辨识既是基础理论课题，又是应用课题。目前有两类辨识方法。 一为频域响应法，该法在计算方法上较为成熟，算法稳定性较好且具有一定的滤波功能； 但其缺点是对输入的信号要求严格。频响分析是建立在线性系统基础上，它不能反映动 态过程中的非线性特征。二为时域辨识法，其最大优点是能够自动计及工况影响，一旦 辨识成功，很多因素都自然包含在参数的估计值中，简单易行、计算简便、不需附加任 何其他条件。但时域辨识法用于在线辨识时也存在一些问题：如周围环境的影响；辨识 信号不能太大否则会影响电动机的正常工作；在线辨识还有可能遇到不同实验或同一实 验所识别的参数不稳定的问题。目前时域辨识方法主要有卡尔曼滤波法和最小二乘法， 这两种方法一是存在局部最小或收敛性问题，二是往往采取线性化而带来误差。 本文分析了上述辨识方法，结合实例对比分析了其应用特点;并提出了在电动机 T 参数模型下将转子漏抗集中折算到定子侧的电动机参数识别方案。通过理论分析，阐述 了方案的可行性，并通过仿真试验验证了其可靠性和准确性。在可接受测量精度的条件 下，该方案使辨识方法更简单，运算速度更快，易实现，对驱动系统本身不须做大的改 动。 关键词关键词: : 异步电动机，在线， 参数辨识，辨识研究 ABSTRACT The use of a wide range of asynchronous motor, which throughout the various production sectors, higher capacity from tens of thousands of watts to kilowatts. In the rolling mill was used to drag a small mill, used to drag the winch in the relevant plant and blowers. Everywhere in the factory and the family can see the induction motor. The reason why asynchronous machines so widely used, mainly because of its simple structure, low cost and easy maintenance and better operating characteristics. However, there are asynchronous motor power factor is low, speed performance is not good enough shortcomings. With the development of inverter technology, induction motor speed performance has greatly improved. Induction motor parameter identification is based on theoretical topics, it is the application task. There are two types of identification methods. 1 for the frequency response method, the method is more mature in the calculation method, the algorithm stability is good and has some filtering; but its drawback is that the input signal demanding. Frequency analysis is based on the establishment of linear systems, it does not reflect the nonlinear characteristics of dynamic process. Second time domain identification method, the biggest advantage is the ability to automatically account for effect, once the identification of success, many factors are naturally included in the parameter estimates, the simple calculation is simple, without any additional requirement. But the time-domain identification method for online identification when there are some problems: If the surrounding environment; identification signal can not be too large otherwise it will affect the normal operation of electric motors; line identification may also encounter different or the same laboratory experiments to identify the main instability. Current time domain identification methods are Kalman filtering and least square method, the first two methods exist local minima or convergence problems, the second is often brought to linearization errors. This paper analyzes the identification method, compared with examples of its application characteristics; and made T parameter model in the motor rotor to the stator leakage reactance of the side focus on conversion of motor parameter identification program. Through theoretical analysis, described the feasibility and the simulation results show its reliability and accuracy. Acceptable accuracy under the conditions of the program to identify ways simpler, faster, easy to implement, on the drive itself does not need big changes. Key words: induction motor, on-line, parameter identification, identification of 目目 录录 1 1 三相异步电动机原理三相异步电动机原理 1 1.1 三相异步电动机的结构1 1.1.1 定子的结构 .1 1.1.2 转子的结构 .1 1.1.3 气隙.2 1.2 三相异步电动机的工作原理2 1.2.1 旋转磁场的产生 .2 1.2.2 三相异步电动机的工作原理.4 1.3 异步电动机的工作特性 4 1.3.1 转速特性 n = f ( 2 P).5 1.3.2 定子电流特性 1 I = f ( 2 P) 5 1.3.3 定子功率因数特性 1 cos = f ( 2 P) 5 1.3.4 电磁转矩特性 T = f ( 2 P) 5 1.3.5 效率特性= ( 2 P)5f 2 2 异步电动机的参数辨识发展概述异步电动机的参数辨识发展概述 7 2.1 发展情况 7 2.2 异步电动机参数辨识的种类9 2.3 在线参数辨识的目的和意义11 3 3 异步电动机参数在线辨识原理异步电动机参数在线辨识原理 .12 3.1 参数在线辨识原理 12 3.2 影响异步电动机在线参数的因素 12 3.3 三相异步电动机的 T 型等效电路13 3.4 电机参数辨识常用试验方法 16 4 4 硬件硬件设设计计 .18 4.1 电源电路设计 18 4.2 温度检测电路设计 19 4.2.1.温度传感器的选择19 4.2.2.铂电阻传感器的测量电路20 4.2.3.恒流源的设计21 4.2.4 检测电路设计 22 4.3 ATmega16 芯片23 4.3.1 引脚设置 23 4.3.2 复位电路设计 24 4.3.3 振荡电路设计 25 4.3.4 单片机及外围连接电路 25 4.4 显示电路设计 25 4.4.1 引脚设置 26 4.4.2 显示电路26 4.5 串口通信 27 5 5 结论结论 .28 参考文献参考文献 .29 翻译部分翻译部分 .30 英文部分 30 中文译文 34 致致 谢谢 .40 1 三相异步电动机原理 1.1 三相异步电动机的结构 异步电动机由定子和转子两部分组成，定子和转子之间有气隙，为了减小励磁电流， 提高功率因数，气隙应做的尽可能小。按转子结构不同，异步电动机分为笼型异步电动 机和绕线转子异步电动机两种。这两种电动机的定子结构完全一样，仅转子结构不同。 1.1.11.1.1 定子的结构定子的结构 异步电动机定子由定子铁芯、定子绕组和机座等组成。定子铁芯是电动机磁路的一 部分，一般有绝缘漆的 0.5mm 硅钢片叠压而成，采用硅钢片的原因是为了减少铁损，绝 缘漆可以减少铁芯的涡流损耗。定子铁芯的内圆上开有很多个定子槽，用来安放三相对 称绕组。有引出 3 根线的，也有引出 6 根线的，可以根据需要连接成星形或三角形。机 座的作用主要是固定定子铁芯的，因此除有足够的强度外，还要考虑通风和散热的需要， 图 11 是笼型异步电动机定子的结构图，图 12 是笼型异步电动机的纵向结构图。 图 1-1 图 1-2 1.1.21.1.2 转子的结构转子的结构 异步电动机转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。转子铁芯也是磁路的一部分，一 般由 0.5mm 硅钢片叠成，铁芯与转轴必须可靠地固定，以便传递机械功率。转子铁芯的 外圆周上也冲满着槽，槽内安放转子绕组。转子绕组分绕线型和笼型两种，绕线型转子 为三相对称绕组，常连接成星形，3 条出线通过轴上的 3 个滑环及压在其上的 3 个电刷把 电路引出。这种电动机在启动和调速时，可以在转子电路中串入外接电阻，或进行串级 调速。绕线转子异步电动机转子绕组连接。如图 13 所示。 图 1-3 笼型转子绕组由槽内的导条和端环构成多相对称闭合绕组，有铸铝和插铜条两种结构。 铸铝式转子把导条、端环和风扇一起铸出，结构简单、制造方便，常用于中、小型电动 机。插铜条式转子把所有的铜条与端环焊接在一起，形成短路绕组。笼型转子如果把铁 芯去掉单看绕组部分，其形似鼠笼，因此称为笼型转子，如图 14 所示。 图 1-4 1.1.31.1.3 气隙气隙 在定子和转子之间存在着空气隙，它的大小对电动机的性能影响很大。为了改善性能， 异步电动机空气隙一般较小，中、小型异步电动机的空气隙为 0.21.5mm,而且是均匀的。 1.2 三相异步电动机的工作原理 1.2.11.2.1旋转磁场的产生旋转磁场的产生 已知异步电动机的工作三个条件首先是要有个旋转磁场。对磁场的要求是：磁场的 极性不变、大小不变、转速不变（稳定的转速）。旋转磁场是定子绕组按一定规律排列 而产生的。理论与实践证明：三相对称绕组中通入三相对称电流后，空间能产生一个旋 转磁场，且极性、大小、转速均不变。 三相对称电流：指A,B,C 三相电流大小相等，时间上互差120 三相对称绕组：指A,B,C 三相绕组匝数相等，空间上互差120 为构成三相对称绕组，绕组在定子中安放有一定的规律，规定： 1）三相定子绕组头尾标志为：A-X,B-Y,C-Z； 2）三相定子绕组按A-Z-B-X-C-Y 的顺序放入定子槽内，使之空间互差120 最简单的是每相一个线圈，三相绕组共3 个线圈6 个线圈边，定子上开有6 个槽。 三相电流的表达式为 ： ， ， tIi mA cos)120cos(tIi mB )240cos(tIi mC 三相电流变化的频率是f=50HZ.A,B,C 三相是随t 变化的，A、B、C 交替出现最大值 称之为正序。规定：电流为正值时，从每相线圈的首端（A、B、C）流出，由线圈末 端（X、Y、Z）流入；电流为负值时，从每相线圈的末端流出，由线圈首端流入。符号 表示电流流出，表示电流流入。 取 4 4 个特定时间：(如图1-5) 图1-5 可见，旋转磁场有如下特点： 1）相当空间有一个大小、极性、转速不变的磁极在旋转； 2）产生一对极，共开6 个槽，3 个线圈，跨矩为1/2 圆周； 3）按A,B,C 相序，磁场逆时针旋转称正转； 4）当电流变化一个周期3600 时，磁场在空间转一圈（）。若电流每秒变化f1 360 周，磁场转n0 转即n0=f1 转/秒；习惯上用每分钟表示。n0=60f1 转/分同步转 速。如2 极电动机，p=1，n0=60*f1=3000 转/分 若要求磁场产生4 4 个极呢？只需在绕组排列上作些变动即可，原则仍为： 1）三相对称绕组，空间互差120； 2）放置次序为A-Z-B-X-C-Y,不同的是每相不是一个线圈，而是4 个！ 下面以4 4 极电动机为例进行分析：（如图1-6） 图1-6 可见： 1）电流变化一周360，磁场在空间只旋转半圈180； 2）转向仍为逆时针，正转逆时针； 3）转速1500 转/分； 4）电动机极数多，磁场转速慢的原因是：每个线圈只占1/4 圆周，较2极电动机少 一半，一个极矩是180，电流变化一周是360，导体应当经过一对极。现在一对极只占半 个圆周，固磁场转动速度较2 极电动机慢一半。 1.2.21.2.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 如已知定子能产生一个极性、大小、转速均不变的旋转磁场，以n0旋转相当于 模型中的大磁铁。当转子导条受磁场切割，右手定则（相对运动）可知，导条中感应电 势的方向，又转子是闭合的，所以在转子绕组中有电流产生，转子电流的方向在大多数 导体中与电动势方向是一致的，根据左手定则可知，这些载流导体在磁场中受力所形成 的总电磁力钜方向是顺时针的。这个电磁力矩就是拖动电动机旋转的电磁转矩，它使转 子顺磁场方向旋转。当电动机的电磁转矩与负载的阻转矩在某一转速下相等时，电动机 就在这一转速下正常运行。 1.3 异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在定子电压、频率均为额定值时，电动机的转速、定子电 流、功率因数、电磁转矩、效率与输出功率的关系，即在,时，, N UU 1n ff 1 n 1 I ,同的关系。对于中、小型电动机，其工作特性可以用直接加负载的办法测cos 2 T 2 P 得。大容量电动机因受设备的限制，通常由空载和短路试验测出电动机的参数，然后再 利用等值电路来计算出工作特性。 异步电动机的工作特性曲线，分别介绍如图1-7： 图 1-7 1.3.11.3.1 转速特性转速特性 = = ( () )nf 2 P 当电动机空载时，输出功率为为 0。电动机的电磁转矩只用于克服空载转矩， 2 P 0 T 此时转子电流、转子铜损耗很小，可忽略；转差率 s 很小，接近于 0,电动机的转速接近 同步。随着负载的增加，增大，这时转子电动势、转子电流均增大，以产生大的电 1 n 2 P 磁转矩来平衡负载转矩。相应的转速有所下降，但降得不多；转差率增加并不很大。当 =时，也增大到 0.0150.05 。转速特性 = ()是稍微向下倾斜的一条近 2 P N P N snf 2 P 似直线的曲线。如图 17 所示的第 1 条曲线。这里的曲线从上是 1，2，到最下 5。 1.3.21.3.2 定子电流特性定子电流特性 = = ( () ) 1 If 2 P 电动机空载时，转子电流差不多为 0，定子电流近似等于励磁电流。随着负载增 2 I m I 加，转速下降，转子电流增大，励磁电流基本不变，定子电流也增大。当较大时，定 2 P 子电流几乎随按正比例增加。如图 17 所示的第 4 条曲线。 2 P 1.3.31.3.3 定子功率因数特性定子功率因数特性 = = ( () ) 1 cosf 2 P 空载时=，空载电流基本上是无功电流，因此功率因数很低，不超过 0.2。 1 I m I 1 cos 当负载增大时，定子电流中的有功电流增加，使提高得较快。接近额定负载时， 1 cos 但最高。负载再增加时，由于转差率增大，加大，转子电流的无功分量有所增加， 1 cos 2 sr 相应定子电流无功分量随之增加，反而略有下降。如图 17 所示的第 3 条曲线。 1.3.41.3.4 电磁转矩特性电磁转矩特性 = = ( () )Tf 2 P 将输出转矩 = / 代入式 = + ，可得异步电动机转矩方程式 = / + 2 T 2 PT 2 T 0 T 2 T 2 P 。可以得出，电动机空载时，电磁转矩 =，随着负载增大，增加，由于机械角 0 TT 0 T 2 P 速度变化不大，电磁转矩随着的变化近似的为一条直线。如图 17 所示的第 5 条曲线。 2 P 1.3.51.3.5 效率特性效率特性= = ( () )f 2 P 由效率公式： SmCuFeCu PPPPPP P P P 212 2 1 2 可知，电动机空载时， = 0， = 0。随着输出功率增加，效率也在增加，但效 2 P 2 P 率的高、低决定于损耗在输入功率中所占的比重。损耗中的铁损耗和机械损耗基本上不 随负载的变化而变化，称为不变损耗；而铜损耗和附加损耗随负载的变化而变化，称为 可变损耗。当输出功率增加时，由于可变损耗增加较慢，所以效率上升较快。当可变损 耗等于不变损耗时，效率最高，约为 0.750.94，此时负载出现在（0.71.0）范围内， N P 当超过额定负载时，可变损耗增加很快，效率反而降低。一般来说，电动机容量越大， 效率越高。如图 17 所示的第 2 条曲线。 2 异步电动机的参数辨识发展概述 2.1 发展情况 直流电动机拖动和交流电动机拖动在 19 世纪中先后诞生。在 20 世纪的大部分年代 里，约占整个电力拖动容量 80%的不变速拖动系统都采用交流电动机，而只占 20%的高控 制性能可调速拖动系统则采用直流电动机，这似乎己经成为一种举世公认的格局。交流 调速系统的方案虽然早已有多种发明并得到实际应用，但其性能却始终无法与直流调速 系统相匹敌。直到本世纪 70 年代初叶，席卷世界先进工业国家的石油危机，迫使他们投 入大量人力物力去研究高效高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。经过十年左 右的努力，到了 80 年代大见效，一直被认为是天经地义的交直流拖动的分工局限逐渐被 打破了，高性能交流调速系统应用的比重逐年上升。在工业各部门用可调速交流调速拖 动取代直流拖动的形势已经指日可待。 让交流电动机(特别是感应电动机)能实现变频调速一直是学术界、工业界的梦想， 因为它是实现高效率调速的最佳手段。钱学森先生在工程控制论第一版(1954)专门 列出交流系统一章。1971 年 F. Blashke 在前人工作的基础上，提出了磁场定向矢量控制 原理，后来他以此论文以西德技术大学通过了博士了答辩。由于受当时电力电子器件和 微处理器的水平所限制，磁场定向矢量控制技术在 70 年代不可能得到大的发展。晶闸管 问世不久，McMurray 换流电路(辅助可控硅换流电路)与 McMurry-Bedford 换流电路(串联 电感式换流电路)、串联二极管电路，以及交交变频周波变流器的相继出现，可关断 器件 GTR 的实用化，16 位微处理器及 DSP 的日益完善，磁场定向矢量技术在 83-85 年左 右才真正取得巨大进步，并迅速转化为产品。其中 W.Leohard 教授和他的学生们作了大 量的工作。 磁场定向矢量控制在磁场方向计算精确，可实现磁通和力矩的近似完全解祸，可对 交流电动机实现对象直流电动机般的准确控制。但由于电动机在运行时参数必然会发生 一些变化。例如，由于温升、饱和等现象导致的原理性的参数变化；由于暂态、电源幅 值及频率变动，或负载等变化导致的运行参数变化。还有使用后随时间推移产生的老化 性的参数变化。例如，电动机转轴等受力部件的弹性疲劳，轴承磨损等对气隙的影响， 绝缘结构及硅钢片老化对电磁性能的影响，各种应力作用及其所产生的振动，不仅直接 损坏绝缘，且危及各零部件的强度。其他一些环境因素，如污物、粉尘、霉菌、盐雾、 腐蚀、辐射等也会影响电动机的功能及参数变化。尤其一些高度的非线性现象，当电动 机运行在大范围内变化时，参数改变的影响更为重要。例如，采用磁场定向矢量控制计 算零频下磁通的非线性模型，零频下磁通的非线性模型一切均以转子时间常数几为准， 但受温度升高影响而缓慢变化，受饱和影响快速变化。所以，将电动机模型当作恒定参 数的现行方程式，不仅不符合实际，也满足不了当前发展的需要。这一切似乎表明除建 立更精确的电动机数学模型来反映电动机的运行状态外，电动机的控制手段也表现得更 为智能化。鉴于此，参数的自估计就理所当然成为 90 年代磁场定向矢量控制的研究重点。 参数自估计包括: a 静态方法(适用于电动机启动时，或工作间隙运行次程序) b FO 一 IM 的自适应参数估计方法 模型参考自适应方法 最小拍适应控制 前者严格意义上属于参数离线识别，而后者则涉及到参数的实时测量。 参数自测试是现代传动系统的主要特征之一，这种参数自测试是建立在参数辨识方 法之上，并在电动机运行的过程中自动完成，以保证对电动机实现更有效，更准确的控 制。 交流传动系统的自适应问题包括两个方面： (1)解决矢量控制系统对电动机参数的敏感性的问题。 (2)在矢量控制系统的基础上，解决交流传动系统中对转动惯量、负载、和各种非 理想因素的适应控制问题。 感应电动机磁场定向控制策略(矢量控制)在实现电动机转矩高性能控制的同时，存 在对电动机参数的很强依赖性。一般的矢量控制系统无法适应电动机参数随电动机温升 和励磁等工况不同所发生的变化，因而导致电动机在错误的励磁条件持续运行和动态转 矩出现震荡。几乎自矢量调整控制技术一出现，人，就希望寻找一种能解决电动机参数 变化并确保系统性能的方法。近 10 年来，于电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，这 一问题越来越受到人们的关注。 解决感应电动机矢量控制系统对电动机参数敏感性问题的方法不外乎有两种: 1.研究出不涉及任何电动机参数，不附加任何测试条件，以及对电动机的运行状态 不作任何要求的控制方法。 2.准确的获得电动机的主要的实时参数用于电动机控制，以实现对电动机的控制。 然后一种方案更易于实现。由此可见，电动机的参数辨识对于今天的工业应用有非常重 要的意义。 电动机的参数辨识，尤其是对异步电动机的参数的识别的工作中大量科研工作者作 了大量的工作。最初通过电动机空载、堵转实验获取异步电动机的参数。而 70 年代初， 提出利用电动机的转矩与转速、电流与转速特征关系进行离线识别。 随着控制技术的发展，人们可以通过对输入输出的结果的测量，用传递函数和状 态方程可识别动态系统参数，于是纷纷转向可测量的电压、电流、转速或转轴的空间位 置，来进行参数识别。 电动机运行于暂态模式下，由于无功功率的计算与测量均依赖于转子时间常数几， 为使二者间的偏差最小，基于此，Garces 提出了在磁场定向的传动系统中解决转子时间 常数几适应性的方案。 Zai 和 Lipo onhard 仅局限于变化缓慢，转速波动量在额定值的 5%条件下。 Gabriel 和 Leonhard 则通过在磁场定向控制系统的 d 电流轴上叠加 地电平的伪随机二进制码序列以校正方法识别电动机参数，但 PRBS 信号可能会对传 动系统的性能造成影响。 Sheriling 提出了输入四种不同的电压信号通过测量电动机静止状态下的电流频响来 确定电动机的漏感，转子时常数，转子电阻，定子电阻。Holtz 以一只 80196 芯片完成了 电动机参数的测量，并使之商品化，成为诸多商用变频器上使用的一项专利。 由此可以看出，异步电动机的参数识别经历了由离线识别到在线识别这一过程，而 且由靠单纯的频率响应频域识别的办法发展到时域辨识法。随着近几年来现代控制理论 的发展，最小二乘法、卡尔曼滤波法，模糊算法，神经网络理论也纷纷被引入，用以异 步电动机的参数识别。 总体而言，在电动机的参数识别的研究过程中，国外的科研工作者做了大量的工作 尤其是欧洲的科研工作者，其中以俄国的科研人员的工作最为深入。相形之下，美国近 些年来似乎有意淡出在电动机这一领域的研究。而国内科研工作者相对更加专注于同步 电动机问题的研究工作，在异步电动机参数识别方面的投入不大，成果也不太多。 2.2 异步电动机参数辨识的种类异步电动机参数辨识的种类 在控制理论中，对一些物理现象或过程按需要进行模型化，用观测后得出的输入， 输出数据来确定模型的参数及结构称为系统辨识。辨识的方法可以分为两类:一种是利用 辨识对象正常运行条件下的输入，输出信息，在初始估计下开始，靠递推算法，逐步修 正估计值的在线辨识，其特点是在一定的条件下(计算机内存，运算速度及算法)能进行 实时处理；另一类是将辨识对象由系统中分离出来受时间限制的离线辨识，其特点:信息 存储大。 电动机的参数辨识既是基础理论课题又是实际应用课题。由于电动机的复杂电磁状 态，其中的部分参数又表现出非线性，因此又是难度较大的课题。对此人们做了不少工 作，形成了一些理论体系与方法。异步电动机的参数识别按辨识手段的特点又可分为两 类: 一为频域响应法。该方法起源于 50 年代，在 70-80 年代形成了高潮:民前该方法在 分析理论、测试及处理技术等方面都已有了根本的改进。总结近年来对频域响应法本身 理论的研究与实践可发现该法在计算方法上己较为成熟，算法稳定性较好且具有一定的 滤波功能。其缺点就是对输入的信号要求严格:频域分析建立在线性系统基础上，不能反 映动态过程中的非线性。由于方法本身限制，目前国外电动机频响研究趋于减少。 二为时域辨识法。该方法于 70 年代末，开拓电动机参数测试的广阔前景。其最大优 点是能够自动计及工况影响，一旦辨识成功，很多自然的因素都包含在参数的估计值中， 简单易行、计算简便、不附加任何其他条件。但在线辨识也存在一些问题:如周围环境的 影响;辨识信号不能太大否则会影响电动机的正常工作;在线辨识还有可能遇到不同实验 或同一实验所识别的参数相差较大，即参数不稳定的问题。目前时域辨识方法主要有卡 尔曼滤波法和最小二乘法，这两种方法一是存在局部最小或收敛性问题，二是往往采取 线性化而带来误差。 下面对异步电动机参数辨识方法进行一些综述，异步电动机参数辨识的方法有离线 辨识和在线辨识两种。第一种主要解决的是异步电动机质量检测问题和异步电动机调速 系统启动时电动机参数的自检测问题，第二种主要解决的是异步电动机调速系统运行过 程中电动机参数变化的问题。具体可分为： 1. 最小二乘法辨识电动机参数。 在电动机参数辨识研究中，最小二乘法是一种运用相当多的一种回归估计的参数辨 识方法，它通常要求系统的输出对于被辨识参数来说是线性的。在满足了这个条件的时 候，就能运用最小二乘法的方法对参数进行辨识了。在方差是白噪声的时候，最小二乘 法会有一致性，无偏性和有效性等统计性质。通常在使用过程中，需要考虑每次观测的 数据对估计参数的不同影响，就可以采用加权的方法，通过观测精度和实际需要来确定 权矩阵的主对角元素。但为了能提高参数辨识的精度，就要求有尽量多的数据，也就是 需要相当大的样本容量，但这样一来就需要有更大的内存容量，又加大了处理器计算的 工作量，如果运用递推算法就可以不需要进行重复的计算，而且可以不断的更新估计值， 所以就可以减少计算的工作量，使参数辨识方法简便。 当今在电动机参数辨识过程中，提出最小二乘法的辨识方法，如果设定系统的干扰 为白噪声情况时。由于观测的误差，模型的误差以及外干扰的存在，就使这种参数辨识 的理想情况不在存在，也就导致了这种辨识方法不再具有无偏性。除此之外，相对于电 动机的状态空间模型，现在常用的方法是检验状态空间模型的可观测性，在将其转换成 可观测的标准值，而后求出输入输出之间差分方程的关系，最后依据现有的方法进行参 数辨识。所以它的计算量相对与别的参数辨识方法还是比较大的。 2. 状态观测法辨识电动机参数 运用状态观测器的方法进行电动机参数的辨识，它的基本思想是把要进行估计的电 动机参数看作系统内部的状态，然后把估计的参数和电动机模型方程进行组合，最后用 观测器的理论为依据来设计参数辨识方法，把我们需要的参数观测出来。龙贝格观测器 和卡尔曼滤波器是电动机控制中最常用的两种观测器。第一种是根据极点配置理论来确 定系统的状态观测器，第二种是最小方差意义上的最优预测估计方法。 异步电动机通常是非线性系统，如果用龙贝格观测器进行电动机参数的辨识，那么 就要运用广义的龙贝格观测器。广义龙贝格观测器是龙贝格观测器在非线性系统中的推 广。它基本的思想是：首先把非线性的系统转换为线性化系统，然后运用龙贝格观测器 的算法对其状态进行估计。通常电动机的模型受转速的影响，都不是线性的，因此需要 根据速度的变化来重新计算系统的模型和反馈矩阵，所以计算量比较大，计算时间也较 长。 因为广义龙贝格观测器反馈矩阵的系数是通过极点配置来选择的，所以极点选择的 好坏就决定了观测器的性能。假如极点离虚轴很近，观测器的收敛速度就会比较慢；假 如极点离虚轴很远，测量的误差就会被放大，影响到辨识的结果。遗憾的是，现在我们 比较多的选择极点是在不同的转速下依靠经验来预先进行判断，利用我们要用到的极点 重新来计算反馈系数。 3. 模型参考自适应辨识电动机参数 模型参考自适应法是自适应控制方法的一种，它是根据控制系统中存在的不确定因 素提出的，是一种依据数学模型的控制方法，它所依据的关于模型和扰动的常态参数是 很少的，所以要求在系统工作中实时获取有关模型的信息，达到模型趋于完善的目的。