CN104852662B - 永磁同步电机静态电感参数的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了永磁同步电机静态电感参数的测量方法及系统，步骤s1向永磁同步电机通入直流电压，调整U的值使得θ_r＝0；步骤s2向永磁同步电机注入高频电压，调整U_m的值使得I_mq和I_md达到预定值；步骤s3采集三相静止坐标系下的永磁同步电机的反馈高频电流并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流；步骤s4利用预定极值算法得到周期内电流的最小值；步骤s5利用得到永磁同步电机直轴的电感值，利用得到永磁同步电机交轴的电感值；该方法能够实现静态时对永磁同步电机直轴，交轴电感参数的测量。

Description

永磁同步电机静态电感参数的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是涉及一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法及系统。

背景技术

永磁同步电机的控制需要用到永磁同步电机的电感参数，但是该项参数不易从用户手册上得到，为了实现对永磁同步电机更好的控制，因此在永磁同步电机进行控制之前需要对永磁同步电机的电感参数进行辨识。

但是由于永磁同步电机的磁饱和特性，直轴(d轴)电感和交轴(q轴)电感往往会随着d-q轴电流大小的变化而变化，因此，如何能够在静态时实现对永磁同步电机d-q轴电感参数的测量，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法，该方法能够静态时实现对永磁同步电机d-q轴电感参数的测量，简单快捷；本发明还提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法，包括：

步骤s1、向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

步骤s2、向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；

步骤s3、采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

步骤s4、利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

步骤s5、利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

其中，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

其中，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

采集预定次数I_mq和I_md的值；

检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内；

当所述预定次数I_mq和I_md的值在预定置信范围内时，执行步骤s3。

其中，所述步骤s4包括：

利用周期内最大值最小值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin。

本发明提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量系统，包括：

三相逆变模块，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；

电流采样模块，用于采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

第一计算模块，用于利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

第二计算模块，用于利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

其中，所述三相逆变模块包括：

直流单元，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

交流单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值。

其中，所述交流单元包括：

交流电压子单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)；

检测子单元，用于检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

保持子单元，用于当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

其中，所述交流单元还包括：

采集子单元，用于采集预定次数I_mq和I_md的值；

判断子单元，用于检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内。

本发明所提供的一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法，通过向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)；采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；利用最小值通过及计算得到永磁同步电机d-q轴电感参数，从而大大提高永磁同步电机的控制效果；该方法的结构简单，计算量小，且计算精度高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的永磁同步电机静态电感参数的测量系统控制示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法，该方法能够静态时实现对永磁同步电机d-q轴电感参数的测量，简单快捷；本发明还提供一种永磁同步电机静态电感参数的测量系统。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

永磁同步传动系统由于具有功率密度大、损耗小、效率高等优点，应用越来越来广泛。永磁同步传动系统常采用矢量控制技术。在永磁同步传动系统矢量控制的应用中，电流控制器控制参数的整定，电磁转矩的计算，转子磁链观测等方面需要用到永磁同步电机的电感参数，包括直轴(d轴)电感和交轴(q轴)电感。

永磁同步电机控制需要用到永磁同步电机的电感参数，而该项参数不易从用户手册上得到，为了实现对永磁同步电机更好的控制，因此对永磁同步电机进行控制之前需要采用变频器实现对永磁同步电机的电感参数的辨识。而电感参数在永磁同步电机的用户手册中往往不易得到，因此在进行矢量控制之前，需要对永磁同步电机的d-q轴电感进行静态辨识。然而，由于电机的磁饱和特性，直轴(d轴)电感和交轴(q轴)电感往往会随着d-q轴电流大小的变化而变化，不易获得。

目前，永磁同步电机的电感参数获得的方法不仅计算量大，设备复杂，且都没有考虑到饱和因素的影响，结果不准备存在误差。因此，本发明为了准确获得永磁同步电机静态的电感参数用于控制，采用下述方法和系统进行。

本发明的技术原理如下：

永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程(1)所示

将电压方程写成矩阵形式，则有

v_sαβ＝R_si_sαβ+pψ_sαβ (2)

其中，为定子电压矩阵，为定子电流矩阵，为定子磁链矩阵，R_S为定子相电阻。

并且永磁同步电机的磁链方程为：

ψ_sαβ＝L_sαβi_sαβ+ψ_sαβm (3)

其中

式中θ_r为电机转子位置角，ψ_f为转子永磁磁链幅值，并且有

令θ_r＝0时电感矩阵可写为：

θ_r＝0时电压方程可写为：

令

则电压方程可改写为：

为了消除电阻的影响，令cos(ω_ht)＝0，则有或

以为例，则有，

由上式可得，

同理，令ω_ht＝0，则有

由上式可得，

由上永磁同步电机技术原理可知，在对静止的永磁同步电机注入高频电压时，可由电压与电流的幅值来求解直轴与交轴电感，利用上述技术原理，本发明提供的永磁同步电机静态电感参数的测量方法，可以包括：

步骤s1、向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

其中，U的值为正数，在向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0时，需要调整电压U的大小，直到电机转子位置角为0，通常情况下可以采用递增U直到永磁同步电机A相电流的绝对值大小为额定电流的0.8倍左右，电机转子位置角就可以为0；但是并不限于此数值，这里只要在不超出永磁同步电机的安全使用数据之内使得电机转子位置角为0即可。

步骤s2、向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；

其中，上述公式中ω_h＝2πf_h，f_h≥300Hz，调整电压幅值的大小直到检测的I_mq和I_md达到预定值，即可使得电压大小不变，这里的预定值可以根据实际情况确定。采集永磁同步电机的反馈高频电流，需要在I_mq和I_md处于稳定的情况下进行。因此，通常情况下，可以选择I_mq和I_md是0.5倍额定电流左右。但是并不限定为0.5倍。

步骤s3、采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

其中，这里可以利用电流采样电路采集永磁同步电机的反馈高频电流，并需要将三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，通过3s/2s变换转换到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ。通过这样的变换可以与aβ轴电流对应。

步骤s4、利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

其中，由于i_sa，i_sβ是周期电流，通过检测周期内i_sa，i_sβ的值，确定在一个周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin。由于消除饱和因素的影响，这里用最小值来计算直轴和交轴的电感值。这里只要可以得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin即可，凡是可以得到周期电流最小值的方法都可以使用。

步骤s5、利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

通过上述技术原理的解释，可以知道上述公式可以求得静态永磁同步电机直轴、交轴的电感。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的永磁同步电机静态电感参数的测量方法，通过向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)；采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；利用最小值通过及计算得到永磁同步电机d-q轴电感参数，从而大大提高永磁同步电机的控制效果。

且通过上述方法可以看到本方案中的算法都是一些简单的计算，只需要检测到反馈信号中的最小幅值即可且计算精度高，不需要再用滤波器及傅里叶变换等复杂的算法。

可选的，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大，可以防止电压幅值过大造成对永磁同步电机的损坏。

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

优选的，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

采集预定次数I_mq和I_md的值；

其中，预定次数由实际情况确定，次数多I_mq和I_md的稳定性会更好。

检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内；

其中，通过多次采集I_mq和I_md的值，并确定其是否在预定置信范围内，是提高稳定性的方式。预定置信范围根据精度要求可以由实际情况确认。

当所述预定次数I_mq和I_md的值在预定置信范围内时，执行步骤s3。

可选的，所述步骤s4包括：

利用周期内最大值最小值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin。

基于上述技术方案，本发明提出了一种永磁同步传动系统d-q轴电流索引d-q轴电感的曲线静态辨识技术，实现简单，具有很强的利用价值，该方法可以精确计算得到静态永磁同步电机d-q轴电感参数，从而大大提高永磁同步电机的控制效果。本方法结构简单，精度高，计算量小。

本发明实施例提供了永磁同步电机静态电感参数的测量方法，可以通过上述方法能够静态时实现对永磁同步电机d-q轴电感参数的测量。

下面对本发明实施例提供的永磁同步电机静态电感参数的测量系统进行介绍，下文描述的永磁同步电机静态电感参数的测量系统与上文描述的永磁同步电机静态电感参数的测量方法可相互对应参照。

本发明提供的永磁同步电机静态电感参数的测量系统可以包括：

三相逆变模块，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；

电流采样模块，用于采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

第一计算模块，用于利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

第二计算模块，用于利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

其中，所述三相逆变模块可以包括：

直流单元，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

交流单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_m sin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值。

其中，所述交流单元可以包括：

交流电压子单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)；

检测子单元，用于检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

保持子单元，用于当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

其中，所述交流单元还可以包括：

采集子单元，用于采集预定次数I_mq和I_md的值；

判断子单元，用于检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内。

其中，三相逆变模块可以使用三相桥式逆变器进行，电流采样模块可以使用三相桥式逆变器的电流传感器进行采集，第一计算模块和第二计算模块可以通过计算装置例如单片机等完成。其永磁同步电机静态电感参数的测量系统控制示意图可如图1所示。这里的第一计算模块为图中的最大最小值检测模块。

即该系统可以只利用了三相桥式逆变器及其电流传感器而无需其他装置及传感器。因此，该系统的结构简单，计算量小，且计算精度高。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的永磁同步电机静态电感参数的测量方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机静态电感参数的测量方法，其特征在于，包括：

步骤s1、向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

步骤s2、向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；其中，I_mq为所述永磁同步电机交轴的电流幅值，I_md为所述永磁同步电机直轴的电流幅值；

步骤s3、采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

步骤s4、利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

步骤s5、利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，其中，电压幅值U_m从0按预定速度方程增大；

检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变；

采集预定次数I_mq和I_md的值；

检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内；

当所述预定次数I_mq和I_md的值在预定置信范围内时，执行步骤s3。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

利用周期内最大值最小值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin。

5.一种永磁同步电机静态电感参数的测量系统，其特征在于，包括：

三相逆变模块，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值；其中，I_mq为所述永磁同步电机交轴的电流幅值，I_md为所述永磁同步电机直轴的电流幅值；

电流采样模块，用于采集三相静止坐标系下的所述永磁同步电机的反馈高频电流，并进行3s/2s变换，得到两相静止坐标系下电流i_sa，i_sβ；

第一计算模块，用于利用预定极值算法得到周期内i_sa，i_sβ的最小值I_samin，I_sβmin；

第二计算模块，用于利用I_md＝I_sαmin及得到所述永磁同步电机直轴的电感值，利用I_mq＝I_sβmin及得到所述永磁同步电机交轴的电感值。

6.如权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述三相逆变模块包括：

直流单元，用于向永磁同步电机通入直流电压v_sa＝U，v_sβ＝0，调整U的值，使得θ_r＝0；其中，v_sa，v_sβ为定子电压，θ_r为电机转子位置角，U为正数；

交流单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)，调整U_m的值，使得I_mq和I_md达到预定值。

7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述交流单元包括：

交流电压子单元，用于向所述永磁同步电机注入高频电压v_sa＝U_msin(π-ω_ht)，v_sβ＝U_mcos(π-ω_ht)；

检测子单元，用于检测I_mq和I_md的值是否达到预定值；

保持子单元，用于当I_mq和I_md的值达到预定值时，电压幅值U_m保持不变。

8.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述交流单元还包括：

采集子单元，用于采集预定次数I_mq和I_md的值；

判断子单元，用于检测所述预定次数I_mq和I_md的值是否在预定置信范围内。