CN104811115A - 基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法 - Google Patents

Abstract

基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法，属于电机控制领域。本发明是为了解决电压注入法存在过流的问题。本发明通过设计比例积分环节的比例系数K_p2、积分系数K_I参数实现注入复合信号中直流分量闭环控制。通过合理设计准比例谐振控制器的比例增益系数K_p1、积分增益系数K_R和截止频率ω_c，使其在谐振频率ω₀附近能实注入现复合注入信号中高频正弦信号无静差控制。比例积分-准比例谐振控制器能准确的控制注入复合电流信号的大小，减小电流谐波含量的同时并能够避免电压注入法电感参数辨识实验中可能出现的过流问题。适用于不同型号电机，具有更强的通用性。

Description

基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及基于准比例谐振的永磁同步电机电感参数辨识技术。

背景技术

与传统感应电机相比，永磁同步电机由定子绕组和永磁体转子构成，具有结构简单、运行可靠、高功率密度以及良好的调速性能等优点。永磁同步电机驱动系统中，为增强变频器的通用性，需要在电机运行前获得电机电感、电阻等电机参数以实现控制器PI参数自整定进而优化电机控制策略，实现优良的抗负载扰动性能和动态响应能力。

针对无速度传感器矢量控制系统，须依赖电机参数来完成磁通或是速度的估算以及控制器参数的设计，因此准确的获得电机参数对于矢量控制系统而言具有重要意义。在磁场定向的矢量控制系统中，电流环是电机调速系统中响应最快的环节，其控制参数的优劣将直接影响到控制系统的性能，根据经典控制理论方法对电流环控制器进行设计时依赖电机的定子参数即定子电阻、电感。可见，电机定子参数辨识结果影响控制器控制性能的好坏。同样，速度控制器的参数同样也受到电流环参数整定的结果。在直接转矩控制系统中，需要将电磁转矩与定子磁链矢量作为控制变量，通过滞环比较方法控制转矩和磁链的偏差，因而依赖电机参数定子磁链的准确估计对于直接转矩控制系统十分重要。

随着永磁同步电机调速控制系统应用范围越来越广泛，对变频控制器的通用性的要求越来越强烈，能够对不同电机的参数进行辨识，进而对控制器参数进行自整定已成为变频控制器的发展趋势。

通常情况下，通过向电机注入高频信号，依据电机高频等效模型，分析高频电压信号与电流信号幅值间的关系，可辨识出电机电感参数。但由于不同电机对应的电感参数不同，若采用电压注入法辨识电感参数，因电感参数的未知性，容易在辨识过程中出现过流现象。

发明内容

本发明是为了解决电压注入法存在过流的问题，现提供基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法。

基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，它包括：电压型逆变器、空间矢量脉宽调制单元、三相-静止坐标变换单元、旋转-静止坐标变换单元、两个离散傅里叶分析单元、电感辨识单元、比例积分-准比例谐振控制器和准比例谐振控制器；

采用电流传感器采集永磁同步电机输入端的电流信号，电流传感器的a相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元的a相定子电流信号输入端，电流传感器的c相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元的c相定子电流信号输入端；

三相-静止坐标变换单元的d轴电流反馈信号输出端和q轴电流反馈信号输出端同时连接一个离散傅里叶分析单元的电流反馈信号输入端电流反馈信号输出端；

一个离散傅里叶分析单元的电流基频幅值信号输出端连接电感辨识单元的电流基频幅值信号输入端；

三相-静止坐标变换单元输出的d轴电流反馈信号与d轴电流给定信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器的输入信号；

三相-静止坐标变换单元输出的d轴电流反馈信号与d轴直流偏置信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器的输入信号；

三相-静止坐标变换单元输出的q轴电流反馈信号与q轴给定直流电流信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的准比例谐振控制器的输入信号；

三相-静止坐标变换单元输出的q轴电流反馈信号与q轴高频交流给定信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的准比例谐振控制器的输入信号；

比例积分-准比例谐振控制器的d轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元的d轴电压给定信号输入端；

准比例谐振控制器的q轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元的q轴电压给定信号输入端；

旋转-静止坐标变换单元的α轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元的α轴电压给定信号输入端，旋转-静止坐标变换单元的β轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元3的β轴电压给定信号输入端；

空间矢量脉宽调制单元中六个功率开关管的状态信号输出端同时连接电压型逆变器的功率开关管状态信号输入端，电压型逆变器的三相电流输出端分别与永磁同步电机的三相电流输入端对应连接；

另一个离散傅里叶分析单元的电压基频幅值信号输出端连接电感辨识单元的电压基频幅值信号输入端；

电感辨识单元还包括以下单元：

采集基频幅值信号频率的单元；

利用电压基频幅值信号和电流基频幅值信号获得电感估计值的单元。

基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，该方法包括：d轴电感辨识方法和q轴电感辨识方法；

d轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤A1：在永磁同步电机的d轴注入d轴直流偏置电流和d轴交流给定电流的复合电流，该复合电流即d轴电感辨识下的d轴给定电流，q轴注入q轴给定直流电流，该电流值为0，然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤A2：分别对步骤A1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤A3：将步骤A2获得的d轴电流反馈值i_sd与d轴给定电流作差，然后将获得的差值进行比例积分-准比例谐振转换，获得d轴给定电压

步骤A4：将d轴电流反馈值i_sd进行离散傅里叶变换，获得d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d；将d轴给定电压进行离散傅里叶变换，获得d轴给定电压的基频幅值U_d；

步骤A5：利用d轴给定电压的基频幅值U_d和d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d获得d轴估计电感

q轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤B1：在永磁同步电机的q轴注入q轴高频交流给定电流该电流即q轴电感辨识下的q轴给定电流，d轴注入d轴直流偏置电流然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤B2：分别对步骤B1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤B3：将步骤B2获得的q轴电流反馈值i_sq与q轴给定电流作差，然后将获得的差值进行准比例谐振转换，获得q轴电压给定电压

步骤B4：将q轴电流反馈值i_sq进行离散傅里叶变换，获得q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q；将q轴电压给定电压进行离散傅里叶变换，获得q轴电压给定电压基频幅值U_q；

步骤B5：利用q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q和q轴电压给定电压基频幅值U_q获得q轴估计电感

本发明所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法，提出电流注入法永磁同步电机电感参数辨识方案，通过注入复合电流信号的方式，利用比例积分-准比例谐振控制器实现复合电流注入信号的闭环控制，通过合理设计准比例谐振控制器的比例增益系数K_p1、积分增益系数K_R和截止频率ω_c，使其在谐振频率ω₀附近能实注入现复合注入信号中高频正弦信号无静差控制。此外，通过设计比例积分环节的比例系数K_p2、积分系数K_I参数实现注入复合信号中直流分量闭环控制。由此可知，比例积分-准比例谐振控制器能准确的控制注入复合电流信号的大小，减小电流谐波含量的同时并能够避免电压注入法电感参数辨识实验中可能出现的过流问题。此外，本发明的实现不需要在原有设备上增加额外的硬件资源，算法简单可靠，因此该电感参数辨识方案具有更强的通用性。

采用基于准比例谐振控制器的电流谐振控制，能准确对注入电机的高频电流信号进行控制，防止电机电感参数辨识过程中出现的过流问题，从而能适用于不同型号电机，具有更强的通用性。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统的原理框图，其中HPF表示高频滤波，LPF表示低频滤波；

图2为比例积分-准比例谐振控制器的原理框图；

图3为具体实施方式八所述的所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法中d轴电感辨识方法的流程图；

图4为具体实施方式八所述的所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法中q轴电感辨识方法的流程图；

图5为离散傅里叶变换幅值提取流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，它包括：电压型逆变器2、空间矢量脉宽调制单元(SVPMW)3、三相-静止坐标变换单元4、旋转-静止坐标变换单元5、两个离散傅里叶分析(DFT)单元6、电感辨识单元7、比例积分-准比例谐振(PI-PR)控制器8和准比例谐振(PR)控制器9；

采用电流传感器采集永磁同步电机1输入端的电流信号，电流传感器的a相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元4的a相定子电流信号输入端，电流传感器的c相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元4的c相定子电流信号输入端；

三相-静止坐标变换单元4的d轴电流反馈信号输出端和q轴电流反馈信号输出端同时连接一个离散傅里叶分析单元的电流反馈信号输入端电流反馈信号输出端；

一个离散傅里叶分析单元的电流基频幅值信号输出端连接电感辨识单元7的电流基频幅值信号输入端；

三相-静止坐标变换单元4输出的d轴电流反馈信号与d轴电流给定信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器8的输入信号；

三相-静止坐标变换单元4输出的d轴电流反馈信号与d轴直流偏置信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器8的输入信号；

三相-静止坐标变换单元4输出的q轴电流反馈信号与q轴给定直流电流信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的准比例谐振控制器9的输入信号；

三相-静止坐标变换单元4输出的q轴电流反馈信号与q轴高频交流给定信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的准比例谐振控制器9的输入信号；

比例积分-准比例谐振控制器8的d轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元5的d轴电压给定信号输入端；

准比例谐振控制器9的q轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元5的q轴电压给定信号输入端；

旋转-静止坐标变换单元5的α轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元3的α轴电压给定信号输入端，旋转-静止坐标变换单元5的β轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元3的β轴电压给定信号输入端；

空间矢量脉宽调制单元3中六个功率开关管的状态信号输出端同时连接电压型逆变器2的功率开关管状态信号输入端，电压型逆变器2的三相电流输出端分别与永磁同步电机1的三相电流输入端对应连接；

另一个离散傅里叶分析单元的电压基频幅值信号输出端连接电感辨识单元7的电压基频幅值信号输入端；

电感辨识单元7还包括以下单元：

采集基频幅值信号频率的单元；

利用电压基频幅值信号和电流基频幅值信号获得电感估计值的单元。

本实施方式中，三相-静止坐标变换单元4和旋转-静止坐标变换单元5所需的转子位置角度是通过初始位置辨识得到的。

在同步旋转坐标系(d-q轴系)下，在高频正弦电压信号注入电机时，为简化电机模型，电阻相对于高频电抗基本可以忽略，从而可得d、q轴的高频电压方程：

      

由上式可知，在注入高频正弦电压信号后，通过提取对应轴的频率基波电流分量幅值，已知注入电压幅值及响应电流幅值，便可计算出该频率下电抗，忽略电阻影响，即得到感抗值，进而得出电感估计值。

在实现永磁同步电机静止参数辨识之前，需要通过电机初始位置辨识方案得到电机初始位置。电机参数辨识主要是依据永磁同步电机高频模型，通过注入高频信号的方式，分析注入高频信号及所激励的响应信号之间的关系，辨识出电机电感参数。通过对永磁同步电机电磁转矩方程：

       $T_e=\frac{3}{2}{P}_n[{\mathrm{\ψ}}_f{i}_q+(L_d-L_q)i_d{i}_q]$

进行分析可知，为保证电机处于静止状态，必须保证q轴电流分量均值为0，从而本实施方式中，在整个辨识过程中只能向q轴注入0电流或高频电流。对于d轴电感辨识，在永磁同步电机d-q轴系下，通过向d轴注入高频电流信号与直流偏置叠加的复合信号。需要注意的是直流偏置信号的注入可实现转子轴的锁定并降低逆变器非线性的影响。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，

电流基频幅值信号包括：q轴电流反馈信号的电流基频幅值信号和d轴电流反馈信号的电流基频幅值信号；

电压基频幅值信号包括：q轴电压给定信号的电压基频幅值信号和d轴电压给定信号的电压基频幅值信号；

d轴电流反馈信号包括：d轴直流电流反馈信号和d轴交流电流反馈信号；

d轴电流给定信号包括：d轴直流偏置信号和d轴交流给定信号；

d轴电压给定信号包括：d轴电感辨识下的d轴电压给定信号和q轴电感辨识下的d轴电压给定信号；

q轴电压给定信号包括：d轴电感辨识下的q轴电压给定信号和q轴电感辨识下的q轴电压给定信号；

电感估计值包括：d轴电感估计值和q轴电感估计值。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，它还包括：电流传感器；

电流传感器用于采集永磁同步电机1的a相电流信号和c相电流信号，电流传感器的电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元4的电流信号输入端。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，三相-静止坐标变换单元4输出的d轴电流反馈信号需要通过低、高通滤波器再与d轴电流给定信号作差，获得d轴低频直流反馈信号和d轴高频交流反馈信号。

本实施方式中，实际的d轴电流反馈信号包括：d轴直流电流反馈值信号和d轴交流电流反馈值信号；d轴电流给定信号包括d轴直流偏置信号和d轴交流给定信号。

在d轴电流反馈信号通过低、高通滤波器时，d轴直流电流反馈值进行低通滤波，获得d轴低频直流反馈信号；d轴交流电流反馈值通过高通滤波，获得d轴高频交流反馈信号。d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号作差，d轴高频交流反馈信号与d轴交流给定信号作差。

具体实施方式五：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，比例积分-准比例谐振控制器8包括：PI调节器、PR调节器和加法器；

PR调节器包括以下单元：

采集d轴高频交流反馈信号与d轴交流给定信号的差值，获得d轴高频电压信号的单元；

PI调节器包括以下单元：

采集d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号的差值，获得d轴直流电压信号的单元；

采集d轴直流偏置信号与d轴电流反馈信号的差值，获得q轴电感辨识下的d轴电压给定信号的单元：

加法器包括以下单元：d轴直流电压信号与d轴高频电压信号相加获得d轴电感辨识下的d轴电压给定信号。

本实施方式中：

参照图2，采集d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号差值，获得d轴直流电压信号的单元具体包括：

采集d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号差值的单元；

将d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号的差值乘以比例系数K_p2，获得第七中间变量V₇的单元；

将d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号的差值乘以积分系数K_I后并积分，获得第八中间变量V₈的单元；

将第七中间变量V₇与第八中间变量V₈相加，获得d轴直流电压信号的单元。

参照图2，采集d轴高频交流反馈信号与d轴交流给定信号的差值，获得d轴高频电压信号的单元具体包括：

采集d轴高频交流反馈信号与d轴交流给定信号差值信号的单元；

将差值信号乘以比例增益系数K_p1，获得第六中间变量V₆的单元；

将差值信号乘以积分增益系数K_R，获得第一中间变量V₁的单元；

将第一中间变量V₁与第三中间变量V₃作差后乘以截止频率ω_c，获得第二中间变量V₂的单元；

将第三中间变量V₃与谐振频率ω₀相乘，获得第四中间变量V₄的单元；

将第六中间变量V₆与第三中间变量V₃相加，获得d轴高频电压信号的单元；

其中，第二中间变量V₂与第五中间变量V₅作差后积分获得第三中间变量V₃，第四中间变量V₄积分后再乘以谐振频率ω₀获得第五中间变量V₅。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，准比例谐振控制器9包括：

采集q轴电流反馈信号与q轴给定直流电流信号的差值，获得d轴电感辨识下的q轴电压给定信号的单元，所述q轴给定直流电流信号值为0；

采集q轴电流反馈信号与q轴高频交流给定信号的差值，获得q轴电感辨识下的q轴电压给定信号的单元。

本实施方式中，q轴电流反馈信号需要通过高通滤波器后再与q轴高频交流给定信号作差。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式四所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统作进一步说明，本实施方式中，

利用下式获得d轴电感估计值

       ${\hat{L}}_d=\frac{U_d}{I_d{\mathrm{\ω}}_0}$

其中，U_d为d轴电感辨识下的d轴电压给定信号的基频幅值，I_d为d轴电流反馈信号的基频幅值；

利用下式获得q轴电感估计值

       ${\hat{L}}_q=\frac{U_q}{I_q{\mathrm{\ω}}_0}$

其中，U_q为q轴电感辨识下的q轴电压给定信号的基频幅值，I_q为q轴电感辨识下的q轴电流反馈信号的基频幅值。

具体实施方式八：参照图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，该方法包括：d轴电感辨识方法和q轴电感辨识方法；

d轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤A1：在永磁同步电机的d轴注入d轴直流偏置电流和d轴交流给定电流的复合电流，该复合电流即d轴电感辨识下的d轴给定电流，q轴注入q轴给定直流电流，该电流值为0，然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤A2：分别对步骤A1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤A3：将步骤A2获得的d轴电流反馈值i_sd与d轴给定电流作差，然后将获得的差值进行比例积分-准比例谐振转换，获得d轴给定电压

步骤A4：将d轴电流反馈值i_sd进行离散傅里叶变换，获得d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d；将d轴给定电压进行离散傅里叶变换，获得d轴给定电压的基频幅值U_d；

步骤A5：利用d轴给定电压的基频幅值U_d和d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d获得d轴估计电感

q轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤B1：在永磁同步电机的q轴注入q轴高频交流给定电流该电流即q轴电感辨识下的q轴给定电流，d轴注入d轴直流偏置电流然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤B2：分别对步骤B1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤B3：将步骤B2获得的q轴电流反馈值i_sq与q轴给定电流作差，然后将获得的差值进行准比例谐振转换，获得q轴电压给定电压

步骤B4：将q轴电流反馈值i_sq进行离散傅里叶变换，获得q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q；将q轴电压给定电压进行离散傅里叶变换，获得q轴电压给定电压基频幅值U_q；

步骤B5：利用q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q和q轴电压给定电压基频幅值U_q获得q轴估计电感

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法作进一步说明，本实施方式中，

步骤A2所述的d轴电流反馈值i_sd包括：d轴直流电流反馈值和d轴交流电流反馈值；

步骤A3所述的将步骤A2获得的d轴电流反馈值i_sd与d轴给定电流作差的方法为：

将d轴直流电流反馈值进行低通滤波，获得d轴低频直流反馈电流I_dl，将d轴交流电流反馈值进行高通滤波，获得d轴高频交流反馈电流I_dh，然后将d轴直流偏置电流与d轴低频直流反馈电流I_dl作差，将d轴交流给定电流与d轴高频交流反馈电流I_dh作差。

具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式九所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法作进一步说明，本实施方式中，

步骤A3所述的比例积分-准比例谐振转换的方法为：

首先，利用d轴直流偏置电流与d轴低频直流反馈电流I_dl差值获得d轴直流电压

然后，利用d轴交流给定电流与d轴高频交流反馈电流I_dh差值获得d轴高频电压

最后，将d轴直流电压与d轴高频电压相加，获得d轴给定电压

具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式十所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法作进一步说明，本实施方式中，获得d轴直流电压的方法为：

采集d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流差值；

将d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流的差值乘以比例系数K_p2，获得第七中间变量V₇；

将d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流的差值乘以积分系数K_I后并积分，获得第八中间变量V₈；

将第七中间变量V₇与第八中间变量V₈相加，获得d轴直流电压

具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式十所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法作进一步说明，本实施方式中，获得d轴高频电压的方法为：

采集d轴高频交流反馈电流I_dh与d轴交流给定电流差值Δ_dh；

将差值Δ_dh乘以比例增益系数K_p1，获得第六中间变量V₆；

将差值Δ_dh乘以积分增益系数K_R，获得第一中间变量V₁；

将第一中间变量V₁与第三中间变量V₃作差后乘以截止频率ω_c，获得第二中间变量V₂；

将第三中间变量V₃与谐振频率ω₀相乘，获得第四中间变量V₄；

将第六中间变量V₆与第三中间变量V₃相加，获得d轴高频电压

其中，第二中间变量V₂与第五中间变量V₅作差后积分获得第三中间变量V₃，第四中间变量V₄积分后再乘以谐振频率ω₀获得第五中间变量V₅。

本发明所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法中，依据永磁同步电机高频模型，可通过分别提取d轴电压以及电流的基频幅值，实现d轴电感估计，如图5所示，其中离散傅里叶变换提取基频幅值方法如下：

       $\left\{\begin{array}{c}R=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\πn}}{N}\right)\\ I=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πn}}{N}\right)\end{array}\right.$

其中，R和I分别表示每一次获得的d轴给定电压信号x(n)基波的实部和虚部。

参照图5，步骤A4所述的将d轴给定电压进行离散傅里叶变换，获得d轴给定电压的基频幅值U_d时，采集d轴给定电压后，分别乘以并对和分别进行N次累加(N＝ω_s/ω₀，其中ω_s为开关频率，ω₀为注入正弦电流频率)，采用计数器来控制累计次数，当所记次数n＝N时，表明离散傅里叶变换完成一个完整周期的计算，此时的为高频信号基频分量的实部，为高频信号基频分量的虚部，对实部、虚部进行取模便能得到基频幅值，计算完毕后对变量n、R、I进行清零，并对变量Mag进行累加，累加次数由计数器n1来控制，当满足所记次数n1＝10这一条件时，对变量Mag除以10取平均，否则继续进行前述的采样累加取模工作，这样就能得到的基频幅值U_d。

参照图5，步骤B4中将q轴电压给定电压进行离散傅里叶变换，获得q轴电压给定电压基频幅值U_q时，采集q轴给定电压后，分别乘以并对和分别进行N次累加(N＝ω_s/ω₀，其中ωs为开关频率，ω₀为注入正弦电流频率)，采用计数器n来控制累计次数，当所记次数n＝N时，表明离散傅里叶变换完成一个完整周期的计算，此时的为高频信号基频分量的实部，为高频信号基频分量的虚部，对实部、虚部进行取模便能得到基频幅值，计算完毕后对变量n、R、I进行清零，并对变量Mag进行累加，累加次数由计数器n1来控制，当满足所记次数n1＝10这一条件时，对变量Mag除以10取平均，否则继续进行前述的采样累加取模工作，这样就能够获得的基频幅值U_q。

Claims (10)

1.基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，其特征在于，它包括：电压型逆变器(2)、空间矢量脉宽调制单元(3)、三相-静止坐标变换单元(4)、旋转-静止坐标变换单元(5)、两个离散傅里叶分析单元(6)、电感辨识单元(7)、比例积分-准比例谐振控制器(8)和准比例谐振控制器(9)；

采用电流传感器采集永磁同步电机(1)输入端的电流信号，电流传感器的a相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元(4)的a相定子电流信号输入端，电流传感器的c相定子电流信号输出端连接三相-静止坐标变换单元(4)的c相定子电流信号输入端；

三相-静止坐标变换单元(4)的d轴电流反馈信号输出端和q轴电流反馈信号输出端同时连接一个离散傅里叶分析单元(6)的电流反馈信号输入端电流反馈信号输出端；

一个离散傅里叶分析单元(6)的电流基频幅值信号输出端连接电感辨识单元(7)的电流基频幅值信号输入端；

三相-静止坐标变换单元(4)输出的d轴电流反馈信号与d轴电流给定信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器(8)的输入信号；

三相-静止坐标变换单元(4)输出的d轴电流反馈信号与d轴直流偏置信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的比例积分-准比例谐振控制器(8)的输入信号；

三相-静止坐标变换单元(4)输出的q轴电流反馈信号与q轴给定直流电流信号作差，获得的差值作为d轴电感辨识下的准比例谐振控制器(9)的输入信号；

三相-静止坐标变换单元(4)输出的q轴电流反馈信号与q轴高频交流给定信号作差，获得的差值作为q轴电感辨识下的准比例谐振控制器(9)的输入信号；

比例积分-准比例谐振控制器(8)的d轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元(6)的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元(5)的d轴电压给定信号输入端；

准比例谐振控制器(9)的q轴电压给定信号输出端同时连接另一个离散傅里叶分析单元(6)的电压给定信号输入端和旋转-静止坐标变换单元(5)的q轴电压给定信号输入端；

旋转-静止坐标变换单元(5)的α轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元(3)的α轴电压给定信号输入端，旋转-静止坐标变换单元(5)的β轴电压给定信号输出端连接空间矢量脉宽调制单元(3)的β轴电压给定信号输入端；

空间矢量脉宽调制单元(3)中六个功率开关管的状态信号输出端同时连接电压型逆变器(2)的功率开关管状态信号输入端，电压型逆变器(2)的三相电流输出端分别与永磁同步电机(1)的三相电流输入端对应连接；

另一个离散傅里叶分析单元(6)的电压基频幅值信号输出端连接电感辨识单元(7)的电压基频幅值信号输入端；

电感辨识单元(7)还包括以下单元：

采集基频幅值信号频率的单元；

利用电压基频幅值信号和电流基频幅值信号获得电感估计值的单元。

2.根据权利要求1所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，其特征在于，

电流基频幅值信号包括：q轴电流反馈信号的电流基频幅值信号和d轴电流反馈信号的电流基频幅值信号；

电压基频幅值信号包括：q轴电压给定信号的电压基频幅值信号和d轴电压给定信号的电压基频幅值信号；

d轴电流反馈信号包括：d轴直流电流反馈信号和d轴交流电流反馈信号；

d轴电流给定信号包括：d轴直流偏置信号和d轴交流给定信号；

d轴电压给定信号包括：d轴电感辨识下的d轴电压给定信号和q轴电感辨识下的d轴电压给定信号；

q轴电压给定信号包括：d轴电感辨识下的q轴电压给定信号和q轴电感辨识下的q轴电压给定信号；

电感估计值包括：d轴电感估计值和q轴电感估计值。

3.根据权利要求2所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，其特征在于，三相-静止坐标变换单元(4)输出的d轴电流反馈信号需要通过低、高通滤波器再与d轴电流给定信号作差，获得d轴低频直流反馈信号和d轴高频交流反馈信号。

4.根据权利要求3所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，其特征在于，比例积分-准比例谐振控制器(8)包括：PI调节器、PR调节器和加法器；

PR调节器包括以下单元：

采集d轴高频交流反馈信号与d轴交流给定信号的差值，获得d轴高频电压信号的单元；

PI调节器包括以下单元：

采集d轴低频直流反馈信号与d轴直流偏置信号的差值，获得d轴直流电压信号的单元；

采集d轴直流偏置信号与d轴电流反馈信号的差值，获得q轴电感辨识下的d轴电压给定信号的单元：

加法器：d轴直流电压信号与d轴高频电压信号相加获得d轴电感辨识下的d轴电压给定信号。

5.根据权利要求3所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统，其特征在于，准比例谐振控制器(9)包括：

采集q轴电流反馈信号与q轴给定直流电流信号的差值，获得d轴电感辨识下的q轴电压给定信号的单元，所述q轴给定直流电流信号值为0；

采集q轴电流反馈信号与q轴高频交流给定信号的差值，获得q轴电感辨识下的q轴电压给定信号的单元。

6.基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，其特征在于，该方法包括：d轴电感辨识方法和q轴电感辨识方法；

d轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤A1：在永磁同步电机的d轴注入d轴直流偏置电流和d轴交流给定电流的复合电流，该复合电流即d轴电感辨识下的d轴给定电流，q轴注入q轴给定直流电流，该电流值为0，然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤A2：分别对步骤A1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤A3：将步骤A2获得的d轴电流反馈值i_sd与d轴给定电流作差，然后将获得的差值进行比例积分-准比例谐振转换，获得d轴给定电压

步骤A4：将d轴电流反馈值i_sd进行离散傅里叶变换，获得d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d；将d轴给定电压进行离散傅里叶变换，获得d轴给定电压的基频幅值U_d；

步骤A5：利用d轴给定电压的基频幅值U_d和d轴电流反馈值i_sd的基频幅值I_d获得d轴估计电感

q轴电感辨识方法包括以下步骤：

步骤B1：在永磁同步电机的q轴注入q轴高频交流给定电流该电流即q轴电感辨识下的q轴给定电流，d轴注入d轴直流偏置电流然后分别采集当前永磁同步电机的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc；

步骤B2：分别对步骤B1获得的a相定子电流i_sa和c相定子电流i_sc进行三相-静止坐标转换，获得当前d轴电流反馈值i_sd和q轴电流反馈值i_sq；

步骤B3：将步骤B2获得的q轴电流反馈值i_sq与q轴给定电流作差，然后将获得的差值进行准比例谐振转换，获得q轴电压给定电压

步骤B4：将q轴电流反馈值i_sq进行离散傅里叶变换，获得q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q；将q轴电压给定电压进行离散傅里叶变换，获得q轴电压给定电压基频幅值U_q；

步骤B5：利用q轴电流反馈值i_sq的基频幅值I_q和q轴电压给定电压基频幅值U_q获得q轴估计电感

7.根据权利要求6所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，其特征在于，

步骤A2所述的d轴电流反馈值i_sd包括：d轴直流电流反馈值和d轴交流电流反馈值；

步骤A3所述的将步骤A2获得的d轴电流反馈值i_sd与d轴给定电流作差的方法为：

将d轴直流电流反馈值进行低通滤波，获得d轴低频直流反馈电流I_dl，将d轴交流电流反馈值进行高通滤波，获得d轴高频交流反馈电流I_dh，然后将d轴直流偏置电流与d轴低频直流反馈电流I_dl作差，将d轴交流给定电流与d轴高频交流反馈电流I_dh作差。

8.根据权利要求7所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，其特征在于，

步骤A3所述的比例积分-准比例谐振转换的方法为：

首先，利用d轴直流偏置电流与d轴低频直流反馈电流I_dl差值获得d轴直流电压

然后，利用d轴交流给定电流与d轴高频交流反馈电流I_dh差值获得d轴高频电压

最后，将d轴直流电压与d轴高频电压相加，获得d轴给定电压

9.根据权利要求8所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，其特征在于，获得d轴直流电压的方法为：

采集d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流差值；

将d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流的差值乘以比例系数K_p2，获得第七中间变量V₇；

将d轴低频直流反馈电流I_dl与d轴直流偏置电流的差值乘以积分系数K_I后并积分，获得第八中间变量V₈；

将第七中间变量V₇与第八中间变量V₈相加，获得d轴直流电压

10.根据权利要求9所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识方法，其特征在于，获得d轴高频电压的方法为：

采集d轴高频交流反馈电流I_dh与d轴交流给定电流差值△_dh；

将差值△_dh乘以比例增益系数K_p1，获得第六中间变量V₆；

将差值△_dh乘以积分增益系数K_R，获得第一中间变量V₁；

将第一中间变量V₁与第三中间变量V₃作差后乘以截止频率ω_c，获得第二中间变量V₂；

将第三中间变量V₃与谐振频率ω₀相乘，获得第四中间变量V₄；

将第六中间变量V₆与第三中间变量V₃相加，获得d轴高频电压

其中，第二中间变量V₂与第五中间变量V₅作差后积分获得第三中间变量V₃，第四中间变量V₄积分后再乘以谐振频率ω₀获得第五中间变量V₅。