CN104767453B - 永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法。该方法以永磁同步电机的转子初始位置作为两相静止坐标系α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的高频电流信号或者高频电压信号，经过电流环或者滤波环节，确定高频输出电压或者反馈高频电流；借助坐标变换与零速磁链方程，确定辨识方程，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。本发明可以基于变频驱动设备，在不借助额外机械、电子设备的条件下，于其载波范围内实现交直轴电感的高精度自动辨识；辨识得到的交直轴电感参数，可以满足永磁同步电机高性能控制方案的需求。

Description

永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种适用于变频驱动设备的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法。

背景技术

在全球节能减排的大环境下，永磁同步电机因具备高效率、高功率因数、高功率密度等一系列优点，而逐步获得了广泛应用。目前驱动永磁同步电机的变频控制器，一般采用两种控制方案：无速度传感器矢量控制/直接转矩控制与有速度传感器伺服控制。为了获得最佳的控制性能，两种控制方案均需要精确的电机参数。其中电机交直轴电感直接决定电流环控制参数，所以如何利用现有变频驱动设备，实现其自动精确辨识便成了亟需解决的问题。

目前一般采用检测永磁同步电机时间常数τ_q＝L_q/R_s与τ_d＝L_d/R_s的方式，辨识交直轴电感L_q与L_d。但是由于永磁同步电机的时间常数一般在数百微妙至几十毫秒之间，以及检测过程中电机转子易振荡等问题的存在；所以在变频驱动设备载波范围内，无法实现交直轴电感的高精度辨识。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法。该方法可以基于变频驱动设备，在不借助额外机械、电子设备的条件下，于其载波范围内实现交直轴电感的高精度自动辨识。

本发明的技术方案如下：

提供一种永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法。该方法以永磁同步电机的转子初始位置作为两相静止坐标系α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的高频电流信号或者高频电压信号，经过电流环或者滤波环节，确定高频输出电压或者反馈高频电流；借助坐标变换与零速磁链方程，确定辨识方程，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。

具体辨识方法如下：

本发明所述方法，以转子初始位置作为α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的正余弦高频电流信号与经过电流环，确定高频输出电压与优先在α轴上注入较高幅值的高频电流信号，可以保证电机转子位置不变。

本发明所述方法，以转子初始位置作为α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的正余弦高频电压信号与经过滤波环节，确定反馈高频电流 与优先在α轴上注入较高幅值的高频电压信号，可以保证电机转子位置不变。

本发明所述方法，依据公式(1)所示的辨识方程，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识；

其中，与分别为注入高频电流信号与或者注入高频电压信号与时获得的d轴与q轴零速稳态磁链和d轴与q轴反馈高频电流有效值， 与分别为注入高频电流信号与或者注入高频电压信号与时获得的d轴与q轴零速稳态磁链和d轴与q轴反馈高频电流有效值。

本发明所述零速磁链方程，如公式(2)：

其中，与为反馈高频电流信号与高频输出电压依据电机转子初始位置角θ_sd的坐标变换值，R_s为电机定子电阻，为d轴零速稳态磁链，为q轴零速稳态磁链。

本发明所述方法，包括以下步骤：

①在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

②保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

③借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

④在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑤保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑥借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

⑦依据公式(1)，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。

本发明的积极效果在于：基于变频驱动设备，在不借助额外机械、电子设备的条件下，于其载波范围内实现永磁同步电机交直轴电感的高精度自动辨识；辨识得到的交直轴电感参数，可以满足永磁同步电机高性能控制方案的需求。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明方法注入高频电流信号示意图。

图3为本发明方法注入高频电压信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图、实施例和实验数据，对永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法进行详细阐述。应当强调的是，下述说明仅仅是示例性的，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法。该方法以永磁同步电机的转子初始位置作为两相静止坐标系α轴；分别在α轴与β轴上，注入如图2所示的高频电流信号或者如图3所示的高频电压信号；借助坐标变换与零速磁链方程，确定辨识方程，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。

如图1所示，展示了永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法的流程示意图。本实施例以图2所示的注入高频电流信号为例，详细阐述本发明所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法：

1)、在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压

其中，约为电机额定电流的20％，ω_h约为电机额定角频率的5～10倍，I_v、I_w分别为电机V、W采样线电流，B为带通滤波器通带宽度，ω_bpf-c为带通滤波器中心角频率，为电流环比例增益，为电流环积分增益，S为拉普拉斯算子。

2)、保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压

其中，约为电机额定电流的10％。

3)、借助坐标变换，获得d轴反馈高频电流有效值与q轴反馈高频电流有效值

借助零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链与q轴零速稳态磁链

其中，与为反馈高频电流信号与高频输出电压依据电机转子初始位置角θ_sd的坐标变换值。

4)、在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压

其中，约为电机额定电流的40％。

5)、保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压

其中，约为电机额定电流的20％。

6)、借助坐标变换，获得d轴反馈高频电流有效值与q轴反馈高频电流有效值

借助零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链与q轴零速稳态磁链

其中，与为反馈高频电流信号与高频输出电压依据电机转子初始位置角θ_sd的坐标变换值。

7)、依据公式(1)，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识：

本实施例，针对随机选取的两台SPMSM与两台IPMSM(如表1)，可以获得如表2所示的辨识结果：

表1：电机铭牌参数与真值

表2：本实施例交直轴电感辨识数据

由上述辨识数据可见，本发明提供的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，辨识数据稳定、精度高，完全可以满足变频驱动设备针对永磁同步电机的高性能控制需求，具备非常出色的经济与社会价值。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：以永磁同步电机的转子初始位置作为两相静止坐标系α轴；

分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的高频电流信号，由滤波环节获得反馈高频电流，经过电流环确定高频输出电压，由高频输出电压和反馈高频电流，借助坐标变换与零速磁链方程，确定辨识方程公式(1)；或者，分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的高频电压信号，经过滤波环节确定反馈高频电流，由所注入的高频电压和反馈高频电流，借助坐标变换与零速磁链方程，确定辨识方程公式(1)；

依据公式(1)所示的辨识方程，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识；

$\left\{\begin{array}{c}{L}_d=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{sd}^{h2}-{\mathrm{\ψ}}_{sd}^{h1}}{I_{sd\_fbd}^{hrms2}-I_{sd\_fbd}^{hrms1}};\\ L_q=\frac{{\mathrm{\ψ}}_{sq}^{h2}-{\mathrm{\ψ}}_{sq}^{h1}}{I_{sq\_fbd}^{hrms2}-I_{sq\_fbd}^{hrms1}};\end{array}\right.---\left(1\right)$

公式(1)中，与分别为注入高频电流信号与或者注入高频电压信号与时获得的d轴与q轴零速稳态磁链和d轴与q轴反馈高频电流有效值，与分别为注入高频电流信号与或者注入高频电压信号与时获得的d轴与q轴零速稳态磁链和d轴与q轴反馈高频电流有效值。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：所述注入高频电流信号与高频输出电压：以转子初始位置作为α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的正余弦高频电流信号与经过电流环，确定高频输出电压 与在α轴上注入较高幅值的高频电流信号，可以保证电机转子位置不变。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：所述注入高频电压信号与反馈高频电流：以转子初始位置作为α轴；分别在α轴与β轴上，注入不同幅值的正余弦高频电压信号与经过滤波环节，确定反馈高频电流 与在α轴上注入较高幅值的高频电压信号，可以保证电机转子位置不变。

4.如权利要求1至3任一所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：所述零速磁链方程：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sd}^h=\∫\left(U_{sd}^h\right(t)-R_s{I}_{sd\_fbd}^h(t\left)\right)dt;\\ {\mathrm{\ψ}}_{sq}^h=\∫\left(U_{sq}^h\right(t)-R_s{I}_{sq\_fbd}^h(t\left)\right)dt;\end{array}\right.---\left(2\right)$

公式(2)中，与为反馈高频电流信号与高频输出电压依据电机转子初始位置角θ_sd的坐标变换值，R_s为电机定子电阻，为d轴零速稳态磁链，为q轴零速稳态磁链。

5.如权利要求1至3任一所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：

①在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

②保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

③借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

④在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑤保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑥借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

⑦依据公式(1)，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。

6.如权利要求4所述的永磁同步电机交直轴电感自动辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：

①在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

②保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

③借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

④在α轴上注入高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者在α轴上注入高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑤保持α轴高频电流信号在β轴上注入小于的高频电流信号结合经滤波获得的反馈高频电流信号通过电流环获得稳态高频输出电压或者保持α轴高频电压信号在β轴上注入小于的高频电压信号经过滤波获得稳态反馈高频电流

⑥借助坐标变换与零速磁链方程，获得d轴零速稳态磁链d轴反馈高频电流有效值与q轴零速稳态磁链q轴反馈高频电流有效值

⑦依据公式(1)，实现电机直轴电感L_d与交轴电感L_q的自动辨识。