CN104539211B - 电机参数辨识方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机参数辨识方法及装置。该电机参数辨识方法包括：检测电机运行时的电机信号；根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数。通过本发明，解决了永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种电机参数辨识方法及装置。
背景技术
永磁同步电机在运行时的各参数变化很大，合适的在线辨识参数方法对于高精度的永磁同步电机控制系统非常重要。现有技术中，通过对各参数进行矩阵运算，实现对参数进行辨识，但在实际应用中计算量较大、占用运算资源较多。而且当电机运行在转速范围内时，无法对参数进行辨识，更不能辨识到变化较大的4个电机参数：永磁同步电机交、直轴电机电感参数Ld和Lq，电机相电阻R和反电动势系数KE。
针对现有技术中永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电机参数辨识方法及装置，以解决现有技术中永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机参数辨识方法。
根据本发明的电机参数辨识方法包括：检测电机运行时的电机信号；根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数。
进一步地，根据参数辨识方程对电机的参数进行辨识，得到参数辨识结果包括：根据参数辨识方程得到电机参数的系数；获取电机参数的自定义表达式，其中，自定义表达式为基于电机参数的系数对电机参数执行计算的表达式；以及将电机参数的系数代入自定义表达式，得到参数辨识结果。
进一步地，检测电机运行时的电机信号包括：检测电机运行时的第一相电流和第二相电流；对第一相电流和第二相电流执行预设变换，得到与第一相电流相应的直轴电流信号和与第二相电流相应的交轴电流信号；确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电流参考值和交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及获取电机运行时的电机信号，其中，电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号。
进一步地，根据电机信号创建参数辨识方程包括：根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号，确定第一方程；将第一方程乘以采样时间，得到第二方程；将第二方程除以电机电感，得到第三方程；将第三方程进行排列，得到第四方程；以及将第四方程作为基于最小二乘法的参数辨识方程。
进一步地，电机电感包括直轴电感和交轴电感，将第二方程除以电机电感，得到第三方程包括：确定第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，第三方程为矩阵方程，第一行数据为矩阵方程中第一行的数据，第二行数据为矩阵方程中第二行的数据；确定直轴电感和交轴电感；以及将第一行数据和第二行数据分别除以直轴电感和交轴电感，得到第三方程。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电机参数辨识装置。
根据本发明的电机参数辨识装置包括：检测单元，用于检测电机运行时的电机信号；创建单元，用于根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及辨识单元，用于根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数。
进一步地，辨识单元包括：第一获取模块，用于根据参数辨识方程得到电机参数的系数；第二获取模块，用于获取电机参数的自定义表达式，其中，自定义表达式为基于电机参数的系数对电机参数执行计算的表达式；以及第三获取模块，用于将电机参数的系数代入自定义表达式，得到参数辨识结果。
进一步地，检测单元包括：检测模块，用于检测电机运行时的第一相电流和第二相电流；变换模块，用于对第一相电流和第二相电流执行预设变换，得到与第一相电流相应的直轴电流信号和与第二相电流相应的交轴电流信号；第一确定模块，用于确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；第四获取模块，用于根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电流参考值和交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及第五获取模块，用于获取电机运行时的电机信号，其中，电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号。
进一步地，创建单元包括：第二确定模块，用于根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号，确定第一方程；第三确定模块，用于将第一方程乘以采样时间，得到第二方程；第四确定模块，用于将第二方程除以电机电感，得到第三方程；第五确定模块，用于将第三方程进行排列，得到第四方程；以及第六确定模块，用于将第四方程作为基于最小二乘法的参数辨识方程。
进一步地，第四确定模块包括：第一确定子模块，用于确定第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，第三方程为矩阵方程，第一行数据为矩阵方程中第一行的数据，第二行数据为矩阵方程中第二行的数据；第二确定子模块，用于确定直轴电感和交轴电感；以及第三确定子模块，用于将第一行数据和第二行数据分别除以直轴电感和交轴电感，得到第三方程。
通过本发明，采用以下步骤：检测电机运行时的电机信号；根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数，解决了永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题。进而达到了在永磁同步电机在电机运行时能对电机参数进行辨识的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的电机参数辨识方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的永磁同步电机参数辨识框图；以及
图3是根据本发明实施例的电机参数辨识装置的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明的实施例，提供了一种电机参数辨识方法。
图1是根据本发明实施例的电机参数辨识方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S103：
步骤S101，检测电机运行时的电机信号。
在永磁同步电机控制系统中，检测电机运行时的电机信号，其中，电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号。
优选地，检测电机运行时的电机信号包括：检测电机运行时的第一相电流和第二相电流；对第一相电流和第二相电流执行预设变换，得到与第一相电流相应的直轴电流信号和与第二相电流相应的交轴电流信号；确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电流参考值和交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及获取电机运行时的电机信号。
通过检测电机运行时的第一相电流和第二相电流，对其执行预设变换从而获取到电机信号，即直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号，该步骤实现了检测电机运行时的电机信号。
步骤S102，根据电机信号创建参数辨识方程。
根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程。
优选地，根据电机信号创建参数辨识方程包括：根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号，确定第一方程；将第一方程乘以采样时间，得到第二方程；将第二方程除以电机电感，得到第三方程；将第三方程进行排列，得到第四方程；以及将第四方程作为基于最小二乘法的参数辨识方程。
优选地，电机电感包括直轴电感和交轴电感，将第二方程除以电机电感，得到第三方程包括：确定第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，第三方程为矩阵方程，第一行数据为矩阵方程中第一行的数据，第二行数据为矩阵方程中第二行的数据；确定直轴电感和交轴电感；以及将第一行数据和第二行数据分别除以直轴电感和交轴电感，得到第三方程。
通过该步骤创建参数辨识方程，从而通过该参数辨识方程，对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果。从而得到永磁同步电机的交轴电机电感参数、直轴电机电感参数、电机相电阻和反电动势系数。
步骤S103，根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数。
优选地，根据参数辨识方程对电机的参数进行辨识，得到参数辨识结果包括：根据参数辨识方程得到电机参数的系数；获取电机参数的自定义表达式，其中，自定义表达式为基于电机参数的系数对电机参数执行计算的表达式；以及将电机参数的系数代入自定义表达式，得到参数辨识结果。
通过该步骤将电机参数的系数代入电机参数的自定义表达式，得到参数辨识结果。从而解决了永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题。实现了能够在永磁同步电机电机运行时能对参数进行辨识。
需要说明的是，本发明实施例提供的电机参数辨识方法可用于永磁同步电机的有传感器和无传感器控制系统。可用于永磁同步电机的不同转速范围。
本发明实施例提供的电机参数辨识方法，通过检测电机运行时的电机信号；根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数，解决了永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题。进而达到了在永磁同步电机电机运行时能对参数进行辨识的效果。
图2是根据本发明实施例的永磁同步电机参数辨识框图。电机A、B相电流通过Clarke变换和Park变换得到直轴电流id和交轴电流iq；直轴电流id、交轴电流iq、直轴电流参考值id’和交轴电流参考值iq’通过电流环控制器得到交轴电压ud和直轴电压uq；利用id、iq、ud、uq和电机转速ωre搭建基于最小二乘法的参数辨识模型。其中，最小二乘法是高斯在预测天体运动轨迹时提出的，其特点是计算原理简单，不需要所估计变量的任何统计特性，因此被广泛应用于系统参数辨识，甚至在许多其它参数辨识方法失效时，最小二乘法仍然还可以提供比较准确的辨识结果。永磁同步电机(PMSM)是一个非线性、强耦合的多变量系统，在对PMSM进行控制时，采用转子定向坐标，可以消除定子绕组与转子之间的耦合，方便分析PMSM的稳态和暂态性能，因此永磁同步电机参数辨识技术大多以基于转子坐标系数学模型。为便于数字化实现基于最小二乘法的PMSM参数在线辨识，首先需要对PMSM数学模型进行数字化处理。假设系统采样时间ΔT足够小，可以认为当前采样周期电流变化率与下一采样周期相等，其中，id、iq、ud、uq与ωre是已知量。通过推导公式1，得到电流模型(公式4)，从而得到应用于最小二乘法的输出矩阵、参数矩阵和输入矩阵(公式5)
具体如下：
公式1是离散化的电压方程；p是微分算子，公式1乘以ΔT，得到公式2：
公式2的两行分别除以Ld、Lq，得到公式3：
将公式3重新排列，得到idn+1、iqn+1的电流模型计算公式4：
公式中，下标n代表当前采样时刻，n+1代表下一采样时刻。
上述公式中，vd为定子电压直轴分量、vq为定子电压交轴分量；id为定子直轴电流、iq为交轴电流；Ld是直轴电感，Lq是交轴电感；ωre为电机电角速度；通过传感器得到；R为定子相电阻；KE为反电动势系数。
基于以上分析，y作为输出量矩阵，θ作为参数矩阵，作为输入矩阵，利用基于最小二乘法实现电机参数的在线辨识，将y、θ、带入最小二乘法的表达式，令：
其中，
结合最小二乘法辨识结果(首先利用最小二乘法辨识出a11、a22、b11、b22和c2，再利用公式9计算出电机参数Ld、Lq、R、KE)，通过式(9)即可得到电机交轴电感、电机直轴电感、电机相电阻和反电动势系数在线辨识结果。
将a11、a22、b11、b22和c2代入公式9，计算出电机参数Ld、Lq、R、KE。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例还提供了一种电机参数辨识装置，需要说明的是，本发明实施例的电机参数辨识装置可以用于执行本发明实施例所提供的用于电机参数辨识方法。以下对本发明实施例提供的电机参数辨识装置进行介绍。
图3是根据本发明实施例的电机参数辨识装置的示意图。如图3所示，该装置包括：检测单元10、创建单元20和辨识单元30。
检测单元10，用于检测电机运行时的电机信号。
优选地，在本发明实施例提供的电机参数辨识装置中，检测单元10包括：检测模块，用于检测电机运行时的第一相电流和第二相电流；变换模块，用于对第一相电流和第二相电流执行预设变换，得到与第一相电流相应的直轴电流信号和与第二相电流相应的交轴电流信号；第一确定模块，用于确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；第四获取模块，用于根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电流参考值和交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及第五获取模块，用于获取电机运行时的电机信号，其中，电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号。
创建单元20，用于根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程。
优选地，在本发明实施例提供的电机参数辨识装置中，创建单元20包括：第二确定模块，用于根据直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号，确定第一方程；第三确定模块，用于将第一方程乘以采样时间，得到第二方程；第四确定模块，用于将第二方程除以电机电感，得到第三方程；第五确定模块，用于将第三方程进行排列，得到第四方程；以及第六确定模块，用于将第四方程作为基于最小二乘法的参数辨识方程。
辨识单元30，用于根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数。
优选地，在本发明实施例提供的电机参数辨识装置中，辨识单元包括：第一获取模块，用于根据参数辨识方程得到电机参数的系数；第二获取模块，用于获取电机参数的自定义表达式，其中，自定义表达式为基于电机参数的系数对电机参数执行计算的表达式；以及第三获取模块，用于将电机参数的系数代入自定义表达式，得到参数辨识结果。
优选地，在本发明实施例提供的电机参数辨识装置中，第四确定模块包括：第一确定子模块，用于确定第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，第三方程为矩阵方程，第一行数据为矩阵方程中第一行的数据，第二行数据为矩阵方程中第二行的数据；第二确定子模块，用于确定直轴电感和交轴电感；以及第三确定子模块，用于将第一行数据和第二行数据分别除以直轴电感和交轴电感，得到第三方程。
本发明实施例提供的电机参数辨识装置，通过检测单元10检测电机运行时的电机信号；创建单元20根据电机信号创建参数辨识方程，其中，参数辨识方程用于计算电机的电机参数，参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；辨识单元30根据参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，电机参数为电机的参数，解决了永磁同步电机的控制方法无法实现电机运行在转速范围内时对参数进行辨识的问题，进而达到了在永磁同步电机电机运行时能对参数进行辨识的效果。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电机参数辨识方法，其特征在于，包括：
检测电机运行时的电机信号，其中，所述电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号；
根据所述电机信号创建参数辨识方程，其中，所述参数辨识方程用于计算所述电机的电机参数，所述参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及
根据所述参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，所述电机参数为所述电机的参数，
根据所述电机信号创建参数辨识方程包括：
根据所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电压信号和所述交轴电压信号，确定第一方程；
将所述第一方程乘以采样时间，得到第二方程；
将所述第二方程除以电机电感，得到第三方程；
将所述第三方程进行恒等变换，得到第四方程；以及
将所述第四方程作为所述基于最小二乘法的参数辨识方程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述参数辨识方程对所述电机的参数进行辨识，得到参数辨识结果包括：
根据所述参数辨识方程得到所述电机参数的系数；
获取所述电机参数的自定义表达式，其中，所述自定义表达式为基于所述电机参数的系数对所述电机参数执行计算的表达式；以及
将所述电机参数的系数代入所述自定义表达式，得到所述参数辨识结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测电机运行时的电机信号包括：
检测所述电机运行时的第一相电流和第二相电流；
对所述第一相电流和所述第二相电流执行预设变换，得到与所述第一相电流相应的直轴电流信号和与所述第二相电流相应的交轴电流信号；
确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；
根据所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电流参考值和所述交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及
获取所述电机运行时的电机信号，其中，所述电机信号包括所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电压信号和所述交轴电压信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机电感包括直轴电感和交轴电感，将所述第二方程除以电机电感，得到第三方程包括：
确定所述第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，所述第三方程为矩阵方程，所述第一行数据为所述矩阵方程中第一行的数据，所述第二行数据为所述矩阵方程中第二行的数据；
确定所述直轴电感和所述交轴电感；以及
将所述第一行数据和所述第二行数据分别除以所述直轴电感和所述交轴电感，得到第三方程。
5.一种电机参数辨识装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测电机运行时的电机信号，其中，所述电机信号包括直轴电流信号、交轴电流信号、直轴电压信号和交轴电压信号；
创建单元，用于根据所述电机信号创建参数辨识方程，其中，所述参数辨识方程用于计算所述电机的电机参数，所述参数辨识方程为基于最小二乘法的方程；以及
辨识单元，用于根据所述参数辨识方程对电机参数进行辨识，得到参数辨识结果，其中，所述电机参数为所述电机的参数；
所述创建单元包括：
第二确定模块，用于根据所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电压信号和所述交轴电压信号，确定第一方程；
第三确定模块，用于将所述第一方程乘以采样时间，得到第二方程；
第四确定模块，用于将所述第二方程除以电机电感，得到第三方程；
第五确定模块，用于将所述第三方程进行恒等变换，得到第四方程；以及
第六确定模块，用于将所述第四方程作为所述基于最小二乘法的参数辨识方程。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述辨识单元包括：
第一获取模块，用于根据所述参数辨识方程得到所述电机参数的系数；
第二获取模块，用于获取所述电机参数的自定义表达式，其中，所述自定义表达式为基于所述电机参数的系数对所述电机参数执行计算的表达式；以及
第三获取模块，用于将所述电机参数的系数代入所述自定义表达式，得到所述参数辨识结果。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测单元包括：
检测模块，用于检测所述电机运行时的第一相电流和第二相电流；
变换模块，用于对所述第一相电流和所述第二相电流执行预设变换，得到与所述第一相电流相应的直轴电流信号和与所述第二相电流相应的交轴电流信号；
第一确定模块，用于确定直轴电流参考值和交轴电流参考值；
第四获取模块，用于根据所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电流参考值和所述交轴电流参考值得到直轴电压信号和交轴电压信号；以及
第五获取模块，用于获取所述电机运行时的电机信号，其中，所述电机信号包括所述直轴电流信号、所述交轴电流信号、所述直轴电压信号和所述交轴电压信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块包括：
第一确定子模块，用于确定所述第二方程中的第一行数据和第二行数据，其中，所述第三方程为矩阵方程，所述第一行数据为所述矩阵方程中第一行的数据，
所述第二行数据为所述矩阵方程中第二行的数据；
第二确定子模块，用于确定所述直轴电感和所述交轴电感；以及
第三确定子模块，用于将所述第一行数据和所述第二行数据分别除以所述直轴电感和所述交轴电感，得到第三方程。
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