CN103560736A - 一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，包括：步骤1，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

逐步调整注入电压幅值u_rot，直到找到较合适的高频旋转电压注入幅值；步骤2，给永磁同步电机定子绕组注入步骤1得到的较合适的高频旋转电压持续1000ms，进行转子磁极初始位置辨识、直轴电感和交轴电感辨识；步骤3，在步骤2辨识得到的转子磁极方向上，采用自动适配的两点式伏安法辨识定子电阻。本发明的方法，消除了转子磁路饱和对电感辨识的影响以及系统非线性因素对电阻辨识的影响，其辨识精确度高、辨识所需时间短，同时能够保持转子静止。

Description

一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，尤其适用于要求在保持转子静止的状态下进行离线参数辨识的应用场合。

背景技术

在永磁同步电机基于转子磁链定向的矢量控制中，由于定子电阻、直轴电感与交轴电感决定了电流环的控制参数，因此以上三变量和解耦角度初始值（转子磁极初始位置）必须同时在启动前辨识出来才能保证永磁同步电机的可靠启动。

永磁同步电机的电阻离线辨识一般采用伏安法，即给定子注入恒定电压U_res，然后测量稳态电流I_final，通过注入电压与稳态电流计算定子电阻R_s=U_res/I_final。当注入电压不在转子磁极方向上时，注入电压产生的电流将产生转矩使得转子转动，甚至造成转子剧烈振荡，尤其是在电机空载的状态下。同时，普通的伏安法容易受到逆变系统的非线性因素影响，如死区时间、窄脉冲限制等。

永磁同步电机的电感离线辨识一般有两种方法：恒定电压注入法和高频旋转电压注入法。1）恒定电压注入法，给定子注入恒定电压，监测电流的上升过程，从电压注入开始时刻到电流上升到稳态电流0.732倍的时间即为时间常数τ，根据时间常数τ和已经测得的定子电阻R_s可计算出电感L_s=τ·R_s。但是，恒定电压注入法存在转子转动甚至振荡的问题，同时无法区分直轴电感与交轴电感。2）高频旋转电压注入法，给定子注入幅值u_rot、频率ω_c的高频旋转电压，由于电压旋转频率ω_c足够高，因而可以忽略定子电阻R_s压降。当电流稳定后，检测单个电压注入周期内的电流幅值最大值I_smax与最小值I_smin，那么可以分别得到电机的直轴电感L_d=u_rot/(ω_c·I_smax)和交轴电感L_q=u_rot/(ω_c·I_smin)。但是，受转子磁路饱和的影响，这样测量的电流幅值最大值偏大，直轴电感辨识结果偏小；同时，由于高频注入时的载波比不是很大，单个电压注入周期内电流采样点有限，直轴电感和交轴电感精度较低。

永磁同步电机的转子磁极初始位置辨识方法一般有两类：一类是基于电磁转矩的转子转动型方法，如预定位法和微动法，另一类是基于电机凸极特性（内嵌式永磁同步电机的结构凸极特性或者表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应）的转子静止型方法，如等宽脉冲电压注入法、高频旋转电压注入法和高频脉振电压注入法等。

在第一类方法中，预定位法是给定子注入固定方向的电压或者电流，使得转子磁极转动到注入方向上；微动法是给定子注入某个方向的电压，通过编码器检测转子的运动方向来判断转子磁极相对注入方向的位置，改变电压注入方向逐渐逼近转子磁极位置，直到转子不再发生转动。该类方法只在空载下或者轻载下才有效，辨识过程中必然存在转子运动，而且随着负载增大辨识误差越大。

在第二类方法中，等宽脉冲电压注入法利用相同脉冲电压注入下各个方向电感不同造成电流上升速度不同的特点来辨识转子位置；高频旋转电压注入法利用高频旋转电压注入下的谐波电流来辨识转子位置；高频脉振电压注入法利用高频正弦电压注入下的谐波电流来辨识转子位置。该类方法与负载无关，可在辨识过程中基本保持转子静止，辨识误差只受电机结构的凸极比影响。但是，该类方法一般都通过额外的正向和反向等幅等宽脉冲注入方法来判断转子磁极极性，增加了转子磁极位置辨识的时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其辨识精确度高、辨识所需时间短。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，包括：

步骤1，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

逐步调整注入电压幅值u_rot，直到找到较合适的高频旋转电压注入幅值；

步骤2，给永磁同步电机定子绕组注入步骤1得到的较合适的高频旋转电压

持续1000ms，进行转子磁极初始位置辨识、直轴电感和交轴电感辨识；

步骤3，在步骤2辨识得到的转子磁极方向上，采用自动适配的两点式伏安法辨识定子电阻。

所述的步骤1具体步骤为：

步骤1-1，设高频旋转电压的注入幅值初始值为u_rot=Δu₁；

步骤1-2，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

持续200ms，待电流基本稳定后计算单个电压注入周期的电流幅值平均值即为稳态电流幅值I_s；

步骤1-3，若稳态电流幅值I_s小于旋转电压注入的电流阈值I_{rot_th}，而且注入电压幅值u_rot小于电压幅值上限u_max，那么以步长Δu₁增加注入电压幅值u_rot，即u_rot+Δu₁→u_rot，重新执行步骤1-2；否则，继续执行步骤1-4；

步骤1-4，此时注入电压幅值u_rot满足稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{rot_th}或者注入电压幅值达到电压幅值上限u_max，为较合适的高频旋转电压注入幅值。

所述的步骤2具体步骤为：

步骤2-1，给定子绕组注入合适的高频旋转电压持续100ms，设置转子磁极估计角度初始值为

计算转子位置信息i_pos；

步骤2-2，若转子位置信息i_pos近似为零，重新设置转子磁极估计角度初始值为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_r=\mathrm{\π}/4;$

步骤2-3，继续给定子绕组注入合适的高频旋转电压

持续900ms，根据转子位置信息i_pos闭环调节转子磁极估计角度

高频旋转电压注入结束后得到转子磁极初次估计角度

转子极性信息i_pol、磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-；

步骤2-4，若转子极性信息i_pol<0，那么转子磁极最终估计角度若转子极性信息i_pol>0，那么转子磁极最终估计角度

步骤2-5，根据磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-，得到直轴电感为L_d=u_rot/[ω_c(i_L++i_L-)]，交轴电感为L_q=u_rot/[ω_c(i_L+-i_L-)]。

所述的步骤3具体步骤为：

步骤3-1，设恒定电压的注入幅值初始值为u_res=Δu₂；

步骤3-2，在转子磁极最终估计角度方向上，给定子绕组注入恒定电压

持续200ms，待电流基本稳定后检测得到稳态电流幅值I_s；

步骤3-3，若稳态电流幅值I_s小于定子电阻辨识的电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res1，以步长Δu₂增加注入电压幅值u_res+Δu₂→u_res，重新执行步骤3-2；否则，执行步骤3-4；

步骤3-4，此时稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res2，停止恒定电压注入，得到定子电阻为R_s=Δu₂/(I_res2-I_res1)。

步骤1和步骤2中，所述的注入旋转电压频率为500～2000Hz。

步骤1中，所述的注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms。

步骤1-1中，所述的Δu₁为永磁同步电机额定电压的5%；步骤1-3中，所述的I_{rot_th}为永磁同步电机额定电流的15%～30%，所述的u_max为永磁同步电机额定电压的85%～95%。

步骤3-1中，所述的Δu₂为额定电压的1%，所述的注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms；步骤3-3中，所述的I_{res_th}为永磁同步电机额定电流的80%～100%。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、利用高频旋转电压注入下转子磁路非线性饱和特性引起的二次电流谐波得到转子极性信息，进行转子磁极极性判断，不需要额外注入电压信号进行转子磁极极性检测；

2、在转子磁极位置辨识的同时，得到了磁阻共模信息和磁阻差模信息，进而计算得到直轴电感和交轴电感，不需要额外注入电压信号进行电感辨识；

3、采用含有转子磁路非线性饱和特性的磁路模型辨识得到的直轴电感不受转子磁路饱和的影响；

4、步骤1和步骤2中高频旋转电压注入与步骤3中在转子磁极方向上的恒定电压注入均不会造成转子转动，在整个辨识过程基本保持转子静止，不受负载影响；

5、两点式伏安法辨识定子电阻，消除了逆变系统的非线性因素；

6、步骤1中高频旋转电压和步骤3中恒定电压的注入幅值均自动适配，不仅保证了系统不会过流，而且确保不因电流信号过小而影响辨识精度；

7、由于不需要额外的转子磁极极性判断过程和电感辨识过程，因此有效缩短了整个离线参数辨识过程的时间，可保证在5-10s内完成参数辨识。

附图说明

图1为本发明所述的一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法的流程图；

图2为图1所述方法的步骤2中永磁同步电机转子磁极初始位置和电感辨识的原理图；

图3为图1所述方法的永磁同步电机定子电阻辨识的原理图；

图4为图1所述方法的永磁同步电机的磁路非线性饱和特性；

图5为图1所述方法的永磁同步电机离线参数辨识过程中的坐标系相对关系图，其中ABC为三相静止坐标系，αβ为两相静止坐标系，dq为以转子磁链（转子磁极实际角度θ_r）定向的两相同步旋转坐标系，为以转子磁极估计角度

定向的两相估计坐标系。

具体实施方式

一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，包含以下顺序的步骤：

步骤1，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

逐步调整注入电压幅值u_rot，直到找到较为合适的高频旋转电压注入幅值，其中注入旋转电压频率为500～2000Hz，注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms，具体过程为：

步骤1-1，设高频旋转电压的注入幅值初始值为u_rot=Δu₁，Δu₁选为额定电压的5%）；

步骤1-2，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

持续200ms，待电流基本稳定后计算单个电压注入周期的电流幅值平均值即为稳态电流幅值I_s；

步骤1-3，若稳态电流幅值I_s小于旋转电压注入的电流阈值I_{rot_th}，I_{rot_th}为电机额定电流的15%～30%，而且注入电压幅值u_rot小于电压幅值上限u_max，u_max选为额定电压的85%～95%，那么以步长Δu₁增加注入电压幅值u_rot，即u_rot+Δu₁→u_rot，重新执行步骤1-2；否则，继续执行步骤1-4；

步骤1-4，此时注入电压幅值u_rot满足稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{rot_th}或者注入电压幅值达到电压幅值上限u_max，为较合适的高频旋转电压注入幅值。

步骤2，给永磁同步电机定子绕组注入步骤1得到的较合适的高频旋转电压

持续1000ms，进行转子磁极初始位置辨识、直轴电感和交轴电感辨识，其中注入旋转电压频率为500～2000Hz，具体过程为：

步骤2-1，给定子绕组注入合适的高频旋转电压持续100ms，设置转子磁极估计角度初始值为

计算转子位置信息i_pos；

步骤2-2，若转子位置信息i_pos近似为零，重新设置转子磁极估计角度初始值为 ${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r=\mathrm{\&pi;}/4;$

步骤2-3，继续给定子绕组注入合适的高频旋转电压

持续900ms，根据转子位置信息i_pos闭环调节转子磁极估计角度

高频旋转电压注入结束后得到转子磁极初次估计角度转子极性信息i_pol、磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-；

步骤2-4，若转子极性信息i_pol<0，那么转子磁极最终估计角度

若转子极性信息i_pol>0，那么转子磁极最终估计角度

步骤2-5，根据磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-，得到直轴电感为L_d=u_rot/[ω_c(i_L++i_L-)]，交轴电感为L_q=u_rot/[ω_c(i_L+-i_L-)]。

步骤3，在步骤2辨识得到的转子磁极方向上，采用自动适配的两点式伏安法辨识定子电阻，具体过程为：

步骤3-1，设恒定电压的注入幅值初始值为u_res=Δu₂，Δu₂选为额定电压的1%，其中注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms，；

步骤3-2，在转子磁极最终估计角度方向上，给定子绕组注入恒定电压

持续200ms，待电流基本稳定后检测得到稳态电流幅值I_s；

步骤3-3，若稳态电流幅值I_s小于定子电阻辨识的电流阈值I_{res_th}，I_{res_th}选为电机额定电流的80%～100%，记录此时电流幅值为I_res1，以步长Δu₂增加注入电压幅值u_res+Δu₂→u_res，重新执行步骤3-2；否则，执行步骤3-4；

步骤3-4，此时稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res2，停止恒定电压注入，得到定子电阻为R_s=Δu₂/(I_res2-I_res1)。

下面结合图1至图5，先简略介绍本发明的原理，然后对本发明一实施例做详细说明。

永磁同步电机一般采用基于转子磁链定向的矢量控制方法，永磁同步电机的等效模型如式（1）所示：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d=R_s{i}_d+\frac{d}{\mathrm{dt}}{\mathrm{\&Lambda;}}_d-{\mathrm{\&omega;}}_e{\mathrm{\&Lambda;}}_q\\ u_q=R_s{i}_q+\frac{d}{\mathrm{dt}}{\mathrm{\&Lambda;}}_q+{\mathrm{\&omega;}}_e{\mathrm{\&Lambda;}}_d\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，u_d、u_q分别为d轴和q轴电压，i_d和i_q分别为d轴和q轴电流，R_s为电枢绕组相电阻，ω_e为转子电角速度，Λ_d、Λ_q分别为d轴和q轴磁链。

在永磁同步电机d轴方向，磁链Λ_d由永磁体磁链Λ_m和电流i_d共同产生，由于永磁体设计接近饱和，如图4所示，故磁链Λ_d工作在非线性饱和区，那么磁链Λ_d与电流i_d的关系可近似表示为二阶泰勒展开式：

$i_d=\frac{1}{L_d}({\mathrm{\&Lambda;}}_d-{\mathrm{\&Lambda;}}_m)+R_d^{\&prime;}{\&CenterDot;({\mathrm{\&Lambda;}}_d-{\mathrm{\&Lambda;}}_m)}^2---\left(2\right)$

其中，L_d为i_d=0时的d轴电感，时的磁阻变化系数。

在永磁同步电机q轴方向，磁链Λ_q完全由q轴电流产生，没有永磁体磁链分量，故磁链Λ_q工作在线性区，如图4所示，那么磁链Λ_q与电流i_q的关系可近似表示为：

$i_q=\frac{1}{L_q}\&CenterDot;{\mathrm{\&Lambda;}}_q---\left(3\right)$

其中，L_q为磁路未饱和时的q轴电感。由于内嵌式永磁同步电机的结构凸极效应或者表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，有直轴电感小于交轴电感，即L_d<L_q。

永磁同步电机离线参数辨识中各坐标系的关系如图5所示，记旋转坐标系dq与估计坐标系

的角度偏差为给定子绕组注入高频旋转电压

由于注入频率足够高，同时转子存在摩擦等阻力，使得转子基本不动，即ω_e=0；同时，又因为ω_cL_q>ω_cL_d>>R_s，可忽略定子电阻压降影响，那么根据式（1）可以得到：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Lambda;}}_d-{\mathrm{\&Lambda;}}_m={\&Integral;u}_d\mathrm{dt}=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\sin ({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)\\ {\mathrm{\&Lambda;}}_q={\&Integral;u}_q\mathrm{dt}=-\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\cos ({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)\end{array}\right.---\left(4\right)$

将式（4）代入式（2）与（3）可得旋转坐标系dq下电流

为：

$i_{\mathrm{dq}}^r=i_d+{\mathrm{ji}}_q=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\frac{\sin ({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)}{L_d}+R_d^{\&prime;}{\left(\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\right)}^2{\sin }^2({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)-j\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\frac{\cos ({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)}{L_q}---\left(5\right)$

那么静止坐标系αβ下电流

为：

$i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s=i_{\mathrm{dq}}^r{e}^{j{\mathrm{\&theta;}}_r}$

$=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{2\mathrm{\&omega;}}_c}[(\frac{1}{L_d}+\frac{1}{L_q})e^{j({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}+(\frac{1}{L_d}-\frac{1}{L_q})e^{-j({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{2\mathrm{\&theta;}}_r-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}]+R_d^{\&prime;}{\left(\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\right)}^2{\sin }^2({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\mathrm{\&theta;}}_r)e^{{\mathrm{j\&theta;}}_r}---\left(6\right)$

对高频旋转电压注入下的响应电流

进行处理，可以分别得到转子磁极位置信息i_pos、转子磁极极性信息i_pol、磁阻差模信息i_L-和磁阻共模信息i_L+，如式（7-10）所示：

$i_{\mathrm{pos}}\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}\mathrm{Im}[\mathrm{LPF}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{{\mathrm{j\&omega;}}_{c}t})\&CenterDot;e^{-j(2{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}]=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{2{\mathrm{\&omega;}}_c}(\frac{1}{L_d}-\frac{1}{L_q})\&CenterDot;\sin 2\mathrm{\&Delta;\&theta;}---\left(7\right)$

$i_{\mathrm{pol}}\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}\mathrm{LPF}[\mathrm{Re}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{-j{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r})\&CenterDot;\cos 2({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r)]=-\frac{R_d^{\&prime;}}{4}{\left(\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\right)}^2\&CenterDot;\cos 2\mathrm{\&Delta;\&theta;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&Delta;\&theta;}---\left(8\right)$

$i_{L-}\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}\mathrm{Re}[\mathrm{LPF}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{j{\mathrm{\&omega;}}_{c}t})\&CenterDot;e^{-j(2{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}]=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{2{\mathrm{\&omega;}}_c}(\frac{1}{L_d}-\frac{1}{L_q})\&CenterDot;\cos 2\mathrm{\&Delta;\&theta;}---\left(9\right)$

$i_{L+}\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}-\mathrm{Im}\left[\mathrm{LPF}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{-{\mathrm{j\&omega;}}_{c}t})\right]=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{2{\mathrm{\&omega;}}_c}(\frac{1}{L_d}+\frac{1}{L_q})---\left(10\right)$

其中，Re和Im分别取复数的实部和虚部，LPF为低通滤波器。由于式（7-10）的低通滤波器LPF都是针对周期信号的低通滤波，因而可以用滑动窗口均值滤波器（SWAF，sliding window average filter）替代以增加滤波带宽，窗口宽度取为最小的公共周期2π/ω_c，即高频旋转电压注入周期。

由式（7）可知，在

范围内，当Δθ>0时，i_pos>0；当Δθ<0时，i_pos<0。根据转子磁极位置信息i_pos的特性，可设计图2所示闭环负反馈结构，设置估计角度初始值为经过闭环调节最终使得i_pos→0，即Δθ=0或Δθ=π。为避免闭环跟踪开始就落在奇异点

或者上，做以下改进：在闭环调节开始阶段，如果转子磁极位置信息i_pos持续为零，则重新设置估计角度初始值为

然后继续闭环调节。待转子位置闭环调节结束时，得到转子磁极初次估计角度

同时可以得到转子磁极极性信息i_pol、磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-。此时，有Δθ=0或Δθ=π，故磁阻差模信息i_L-可简化为 $i_{L-}=\frac{u_{\mathrm{rot}}}{{2\mathrm{\&omega;}}_c}(\frac{1}{L_d}-\frac{1}{L_q}).$

通过转子磁极极性信息i_pol的符号来判断转子磁极极性：若i_pol<0，那么Δθ=0，即转子磁极最终估计角度若i_pol>0，那么Δθ=π，转子磁极最终估计角度

根据磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-，可以计算得到直轴电感为 $L_d=\frac{1}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\&CenterDot;\frac{u_{\mathrm{rot}}}{(i_{L+}+i_{L-})},$ 交轴电感为 $L_q=\frac{1}{{\mathrm{\&omega;}}_c}\&CenterDot;\frac{u_{\mathrm{rot}}}{(i_{L+}-i_{L-})}.$

本发明所述的永磁同步电机静止型离线参数辨识方法分为三个步骤，如图1所示，第一步自动适配高频旋转电压注入幅值，第二步采用高频旋转电压注入法辨识转子磁极位置、直轴电感和交轴电感，第三步在转子磁极方向上采用自动适配的两点式伏安法辨识电子电阻。

下面对本发明一实施例做详细说明：

设脉冲宽度调制（PWM）载波频率取为10kHz，电流采用频率也为10kHz，即一个PWM周期采样一次电流；选择高频旋转电压的注入频率为500Hz（ω_c=1000πrad/s），载波比为20:1，即一个高频旋转电压注入周期包含20个PWM周期、20个电流采样数据。

步骤1，寻找合适的高频旋转电压注入幅值，具体过程为：

步骤1-1，设高频旋转电压的注入幅值初始值为u_rot=Δu₁（Δu₁为额定电压的5%）；

步骤1-2，给永磁同步电机定子绕组注入幅值为u_rot的高频旋转电压

持续200ms（大于5倍永磁同步电机时间常数，对于时间常数大于40ms的电机延长此注入时间），如图2所示，待电流基本稳定后，计算单个电压注入周期的电流幅值平均值即为稳态电流幅值I_s，即采样三相电流i_a/i_b/i_c，经过CLARKE变换得到

计算最近20个PWM周期

幅值的平均值；

步骤1-3，若稳态电流幅值I_s小于旋转电压注入的电流阈值I_{rot_th}（选为电机额定电流的20%），而且注入电压幅值u_rot小于电压幅值上限u_max（选为额定电压的90%），那么以步长Δu₁增加注入电压幅值u_rot，即u_rot+Δu₁→u_rot，重新执行步骤1-2；否则，继续执行步骤1-4；

步骤1-4，此时注入电压幅值u_rot满足稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{rot_th}或者注入电压幅值达到电压幅值上限u_max，为较合适的高频旋转电压注入幅值。

根据电压幅值上限u_max和电压递增步长Δu₁可知，步骤1最多执行18次循环，即最多执行3.6s。

步骤2，给永磁同步电机定子绕组注入步骤1得到的较合适的高频旋转电压

持续1000ms，进行转子磁极初始位置辨识、直轴电感和交轴电感辨识，具体过程为：

步骤2-1，给定子绕组注入合适的高频旋转电压

持续100ms，设置转子磁极估计角度初始值为

计算转子位置信息

SWAF窗口宽度取为高频旋转电压注入周期2ms，下同；

步骤2-2，若转子位置信息i_pos近似为零，重新设置转子磁极估计角度初始值为 ${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r=\mathrm{\&pi;}/4;$

步骤2-3，继续给定子绕组注入合适的高频旋转电压持续900ms，根据转子位置信息i_pos闭环调节转子磁极估计角度

高频旋转电压注入结束后得到转子磁极初次估计角度

转子极性信息 $i_{\mathrm{pol}}=\mathrm{SWAF}[\mathrm{Re}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{-j{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r})\&CenterDot;\cos 2({\mathrm{\&omega;}}_{c}t-{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r)]$ 、磁阻共模信息 $i_{L+}=-\mathrm{Im}\left[\mathrm{SWAF}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{-j{\mathrm{\&omega;}}_{c}t})\right]$ 和磁阻差模信息 $i_{L-}=\mathrm{Re}[\mathrm{SWAF}(i_{\mathrm{\&alpha;\&beta;}}^s\&CenterDot;e^{i{\mathrm{\&omega;}}_{c}t})\&CenterDot;e^{-j(2{\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}];$

步骤2-4，若转子极性信息i_pol<0，那么转子磁极最终估计角度

若转子极性信息i_pol>0，那么转子磁极最终估计角度

步骤2-5，根据磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-，得到直轴电感为L_d=u_rot/[ω_c(i_L++i_L-)]，交轴电感为L_q=u_rot/[ω_c(i_L+-i_L-)]。

步骤2的执行时间为1s，实际上采用SWAF后转子磁极位置跟踪的收敛时间一般都在100ms以内。

步骤3，在步骤2辨识得到的转子磁极方向上，采用自动适配的两点式伏安法辨识定子电阻，具体过程为：

步骤3-1，设恒定电压的注入幅值初始值为u_res=Δu₂（由于电阻一般很小，Δu₂选为额定电压的1%）；

步骤3-2，在转子磁极最终估计角度方向上，如图3所示，给定子绕组注入恒定电压

持续200ms（大于5倍永磁同步电机时间常数，对于时间常数大于40ms的电机延长此注入时间），待电流基本稳定后检测得到稳态电流幅值I_s；

步骤3-3，若稳态电流幅值I_s小于定子电阻辨识的电流阈值I_{res_th}（选为电机额定电流的80%），记录此时电流幅值为I_res1，以步长Δu₂增加注入电压幅值u_res+Δu₂→u_res，重新执行步骤3-2；否则，执行步骤3-4；

步骤3-4，此时稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res2，停止恒定电压注入，得到定子电阻为R_s=Δu₂/(I_res2-I_res1)。

步骤3的循环执行次数一般在12次以内，时间一般在2.4s以内。

综上所述，整个离线参数辨识过程为7s，一般在5-10s以内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，包括：

步骤1，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

逐步调整注入电压幅值u_rot，直到找到较合适的高频旋转电压注入幅值；

步骤2，给永磁同步电机定子绕组注入步骤1得到的较合适的高频旋转电压持续1000ms，进行转子磁极初始位置辨识、直轴电感和交轴电感辨识；

步骤3，在步骤2辨识得到的转子磁极方向上，采用自动适配的两点式伏安法辨识定子电阻。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤1的具体步骤为：

步骤1-1，设高频旋转电压的注入幅值初始值为u_rot=Δu₁；

步骤1-2，给永磁同步电机定子绕组注入角频率为ω_c、幅值为u_rot的高频旋转电压

持续200ms，待电流基本稳定后计算单个电压注入周期的电流幅值平均值即为稳态电流幅值I_s；

步骤1-3，若稳态电流幅值I_s小于旋转电压注入的电流阈值I_{rot_th}，而且注入电压幅值u_rot小于电压幅值上限u_max，那么以步长Δu₁增加注入电压幅值u_rot，即u_rot+Δu₁→u_rot，重新执行步骤1-2；否则，继续执行步骤1-4；

步骤1-4，此时注入电压幅值u_rot满足稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{rot_th}或者注入电压幅值达到电压幅值上限u_max，为较合适的高频旋转电压注入幅值。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤2的具体步骤为：

步骤2-1，给定子绕组注入合适的高频旋转电压

持续100ms，设置转子磁极估计角度初始值为

计算转子位置信息i_pos；

步骤2-2，若转子位置信息i_pos近似为零，重新设置转子磁极估计角度初始值为 ${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_r=\mathrm{\&pi;}/4;$

步骤2-3，继续给定子绕组注入合适的高频旋转电压

持续900ms，根据转子位置信息i_pos闭环调节转子磁极估计角度

高频旋转电压注入结束后得到转子磁极初次估计角度转子极性信息i_pol、磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-；

步骤2-4，若转子极性信息i_pol<0，那么转子磁极最终估计角度

若转子极性信息i_pol>0，那么转子磁极最终估计角度

步骤2-5，根据磁阻共模信息i_L+和磁阻差模信息i_L-，得到直轴电感为L_d=u_rot/[ω_c(i_L++i_L-)]，交轴电感为L_q=u_rot/[ω_c(i_L+-i_L-)]。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤3的具体步骤为：

步骤3-1，设恒定电压的注入幅值初始值为u_res=Δu₂；

步骤3-2，在转子磁极最终估计角度方向上，给定子绕组注入恒定电压

持续200ms，待电流基本稳定后检测得到稳态电流幅值I_s；

步骤3-3，若稳态电流幅值I_s小于定子电阻辨识的电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res1，以步长Δu₂增加注入电压幅值u_res+Δu₂→u_res，重新执行步骤3-2；否则，执行步骤3-4；

步骤3-4，此时稳态电流幅值I_s达到电流阈值I_{res_th}，记录此时电流幅值为I_res2，停止恒定电压注入，得到定子电阻为R_s=Δu₂/(I_res2-I_res1)。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，所述的注入旋转电压频率为500～2000Hz。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤1中，所述的注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms。

7.根据权利要求2所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤1-1中，所述的Δu₁为永磁同步电机额定电压的5%；步骤1-3中，所述的I_{rot_th}为永磁同步电机额定电流的15%～30%，所述的u_max为永磁同步电机额定电压的85%～95%。

8.根据权利要求4所述的永磁同步电机的静止型离线参数辨识方法，其特征在于，步骤3-1中，所述的Δu₂为额定电压的1%，所述的注入电压时间大于5倍电机时间常数，且注入电压时间不小于200ms；步骤3-3中，所述的I_{res_th}为永磁同步电机额定电流的80%～100%。

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