CN105356807B - 一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法和系统 - Google Patents
一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法和系统，包括如下步骤：S1，分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；S2，将S1中获取的前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值分别代入d轴等效电阻值计算公式和q轴等效电阻值计算公式，分别计算当前的d轴等效电阻值和当前的q轴等效电阻值；S3，根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值。本发明采用电机在dq轴下经典数学模型，并使用递推最小二乘法，计算简单，计算量小，计算结果可靠，能够实时有效的实现对电机电阻的在线辨识，并适用于不同种类的永磁同步电机。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法和系统。
背景技术
永磁同步电机的电阻参数辨识至关重要，不论是直接转矩控制，还是电机矢量控制都参与了运算。特别是在矢量控制中，在电流环的控制、电压补偿、速度估计等各个重要环节中参与运算。因此，获得准确的电阻是提升系统控制精度、保证发电效率最优的有效手段。同时，电机如果定子出现短路故障，通过辨识出电机电阻就可以有效判断线路是否正常。
目前矢量控制中使用的参数都是采用出厂测试参数，但是随着负载改变温度相应变化，这样电阻值将不再是一个常量。如果再采用原先出厂参数将必然存在偏差，这样系统控制的精度将存在偏差。
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的电阻在线辨识方法和系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法，包括如下步骤：
S1，分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；
S2，将S1中获取的前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值分别代入d轴等效电阻值计算公式和q轴等效电阻值计算公式，分别计算当前的d轴等效电阻值和当前的q轴等效电阻值；
S3，根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，S2中，所述d轴等效电阻值计算公式为：
其中，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rd(N-1)为前一次的d轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Vd(N)为当前测量的d轴电压值，ω为预设转子角速度值，Lq为预设q轴电感值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rd(N-1)＝Rd(1)，P(N-1)＝P(1)，Rd(1)和P(1)均为预定初始值，且
其中，P(N)为当前的中间变量值。
进一步，S2中，所述q轴等效电阻值计算公式为：
其中，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值，Rq(N-1)为前一次的q轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Vq(N)为当前测量的q轴电压值，ω为预设转子角速度值，Ld为预设d轴电感值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，Ke为预设反电势系数值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rq(N-1)＝Rq(1)，P(N-1)＝P(1)，Rq(1)和P(1)均为预定初始值，且
其中，P(N)为当前的中间变量值。
进一步，S3中，当前的电机电阻值的计算公式为：
其中，R(N)为当前的电机电阻值，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值。
进一步，所述当前和前一次的时间间隔为100ms。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，包括参数获取模块、当前d轴等效电阻计算模块、当前q轴等效电阻计算模块和当前电机电阻计算模块；
所述参数获取模块用于分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；
所述当前d轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的d轴等效电阻值和中间变量值代入d轴等效电阻值计算公式，计算出当前的d轴等效电阻值；
所述当前q轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的q轴等效电阻值和中间变量值代入q轴等效电阻值计算公式，计算出当前的q轴等效电阻值；
所述当前电机电阻计算模块用于根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述d轴等效电阻值计算公式为：
其中，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rd(N-1)为前一次的d轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Vd(N)为当前测量的d轴电压值，ω为预设转子角速度值，Lq为预设q轴电感值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rd(N-1)＝Rd(1)，P(N-1)＝P(1)，Rd(1)和P(1)均为预定初始值，且
其中，P(N)为当前的中间变量值。
进一步，所述q轴等效电阻值计算公式为：
其中，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值，Rq(N-1)为前一次的q轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Vq(N)为当前测量的q轴电压值，ω为预设转子角速度值，Ld为预设d轴电感值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，Ke为预设反电势系数值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rq(N-1)＝Rq(1)，P(N-1)＝P(1)，Rq(1)和P(1)均为预定初始值，且
其中，P(N)为当前的中间变量值。
进一步，当前电阻值的计算公式为：
其中，R(N)为当前的电机电阻值，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值。
进一步，所述当前和前一次的时间间隔为100ms。
本发明的有益效果是：本发明采用电机在dq轴下经典数学模型，在系统处于稳态时使用递推最小二乘法分别计算d轴等效电阻和q轴等效电阻，再求平均计算电机电阻，计算简单，计算量小，计算结果可靠，能够实时有效的实现对电机电阻的在线辨识，并适用于不同种类的永磁同步电机，比如嵌入式和表贴式等。
附图说明
图1为本发明实施例一所述永磁同步电机的电阻在线辨识方法流程图；
图2为本发明实施例二所述永磁同步电机的电阻在线辨识系统结构图；
图3为本发明具体示例中在线辨识电阻的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例一所述永磁同步电机的电阻在线辨识方法流程图。
如图1所示，一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法，包括如下步骤：
S1，分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值。
S2，将S1中获取的前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值分别代入d轴等效电阻值计算公式和q轴等效电阻值计算公式，分别计算当前的d轴等效电阻值和当前的q轴等效电阻值。
d轴等效电阻计算公式和q轴等效电阻计算公式均是基于电机旋转方程得到。以转子磁场定向按照转子同步转速旋转得到的电机矢量方程如式(1)所示：
其中，vd为d轴电压值，vq为q轴电压值，Rd为d轴等效电阻值，Rq为q轴等效电阻值，Ld为d轴电感值，Lq为q轴电感值，Id为d轴电流值，Iq为q轴电流值，p为微分系数，ω为转子角速度值，Ke为反电势系数值。
在永磁同步电机处于稳态时，此时微分系数p取值为0，式(1)可等效为式(2)：
对式(2)进行变化，可得到如下所述式(3)：
式(3)即为永磁同步电机处于稳态时，同步旋转坐标系即dq坐标系下的电机等效方程。
本发明使用递推最小二乘法来计算d轴等效电阻值和q轴等效电阻值。
用Y(N)表示式(3)中的φ(N)表示η(N)表示则有Y(N)＝φ(N)η(N)，其中，Y(N)、φ(N)、η(N)分别代表输出、变化矩阵和输入，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数。
根据递推最小二乘法得到实时输入，如下述式(4)：
其中：
K(N)＝P(N-1)φT(N)[I+φ(N)P(N-1)φT(N)]-1
P(N)＝[I-K(N)φ(N)]P(N-1)
为当前的输入，为前一次的输入，K和P分别为中间变量一和中间变量二，K(N)为当前的中间变量一的值，P(N)为当前的中间变量二的值，φT(N)为φ(N)的转置，I为单位矩阵，P(N-1)为前一次的中间变量二的值。
根据上述等式，可以得到：
式(5)即为所述d轴等效电阻计算公式，其中，P(N)为当前的中间变量二的值，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rd(N-1)为前一次的d轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量二的值，Vd(N)为当前测量的d轴电压值，ω为预设转子角速度值，Lq为预设q轴电感值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，当N＝2时，Rd(N-1)＝Rd(1)，P(N-1)＝P(1)，Rd(1)和P(1)均为预定初始值。
同理可以得到：
式(6)即为所述q轴等效电阻计算公式，其中，P(N)为当前的中间变量二的值，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值，Rq(N-1)为前一次的q轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量二的值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Vq(N)为当前测量的q轴电压值，ω为预设转子角速度值，Ld为预设d轴电感值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，Ke为预设反电势系数值，当N＝2时，Rq(N-1)＝Rq(1)，P(N-1)＝P(1)，Rq(1)和P(1)均为预定初始值。
由上可知，要计算当前的d轴等效电阻和当前的q轴等效电阻，需要知道前一次的d轴等效电阻、前一次的q轴等效电阻和前一次的中间变量二的值P(N-1)。
S3，根据计算出的所述当前的d轴等效电阻和所述当前的q轴等效电阻计算当前的电机电阻。
当前的电机电阻的计算公式为：
其中，R(N)为当前的电机电阻。将根据式(5)和式(6)计算得出的当前的d轴等效电阻和当前的q轴等效电阻代入式(7)，即可得出当前的电机电阻。
在实际的工程实践运用中，电阻受到温度影响比较明显。但是，由于温度本身变化不是很快，因此在电阻在线辨识中，可以设置当前和前一次的时间间隔为100ms，即电阻在线辨识中的电阻更新速率为100ms一次。
图2为本发明实施例二所述永磁同步电机的电阻在线辨识系统结构图。
如图2所示，一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，包括参数获取模块、当前d轴等效电阻计算模块、当前q轴等效电阻计算模块和当前电机电阻计算模块；参数获取模块用于分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；当前d轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的d轴等效电阻值和中间变量值代入d轴等效电阻值计算公式，计算出当前的d轴等效电阻值；当前q轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的q轴等效电阻值和中间变量值代入q轴等效电阻值计算公式，计算出当前的q轴等效电阻值；当前电机电阻计算模块用于根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值。
在具体示例中，当永磁同步电机进入闭环并以某个特定转速运行时，此时电机开启在线辨识的状态。d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量二需要通过静态变量将上一个时刻的相对应的值进行存储。通过将电压、电流、转速、电感、反电势系数值带入表达式(5)及式(6)就可以得到dq轴下的电阻值Rd和Rq。然后将值带入通过式(7)就可以实时得到电机电阻值。
图3为本发明具体示例中在线辨识电阻的曲线图。
如图3所示，在时间0＜t＜10时，电机进入稳定转速运行，此时电机进行在线辨识得到的电阻R＝1.0Ω。在t＝10s时负载加大，电流加大此时电机定子温度缓慢增加，在10＜t＜30时间段定子温度不断增加，此时辨识的电阻也不断增大。在30＜t＜50时间段时，系统稳定，定子温度不再上身。在t＝50s时刻，负载骤降，此时电流降低定子绕组温度缓慢降低。在时间段50＜t＜66时间段内，辨识的电阻随着温度的降低而降低。当时间t＞66时，系统再次稳定，定子温度不再降低，此时在线辨识的电阻也将稳定。
对于辨识的电机电阻值也需要与设定的上限及下限值进行比较。在具体应用中，如果电机电阻值连续达到上限(或下限)次数达到30次时，需要停机进行保护，如果连续达到上限(或下限)值小于5次，则认为计算出现误差，此时将不再使用辨识值，而采用第一次误差前一时刻的值。同时，考虑到温度变化不是很快，因此对电阻在线辨识更新的速度按照100ms更新一次即可。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应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电阻在线辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；
S2，将S1中获取的前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值分别代入d轴等效电阻值计算公式和q轴等效电阻值计算公式，分别计算当前的d轴等效电阻值和当前的q轴等效电阻值；
S3，根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值；
其中，S2中，所述d轴等效电阻值计算公式为：
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其中，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rd(N-1)为前一次的d轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Vd(N)为当前测量的d轴电压值，ω为预设转子角速度值，Lq为预设q轴电感值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rd(N-1)＝Rd(1)，P(N-1)＝P(1)，Rd(1)和P(1)均为预定初始值，且
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其中，P(N)为当前的中间变量值。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法，其特征在于，S2中，所述q轴等效电阻值计算公式为：
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其中，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值，Rq(N-1)为前一次的q轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Vq(N)为当前测量的q轴电压值，ω为预设转子角速度值，Ld为预设d轴电感值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，Ke为预设反电势系数值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rq(N-1)＝Rq(1)，P(N-1)＝P(1)，Rq(1)和P(1)均为预定初始值，且
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其中，P(N)为当前的中间变量值。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法，其特征在于，S3中，当前的电机电阻值的计算公式为：
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其中，R(N)为当前的电机电阻值，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法，其特征在于，所述当前和前一次的时间间隔为100ms。
5.一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，其特征在于，包括参数获取模块、当前d轴等效电阻计算模块、当前q轴等效电阻计算模块和当前电机电阻计算模块；
所述参数获取模块用于分别获取前一次的d轴等效电阻值、q轴等效电阻值和中间变量值；
所述当前d轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的d轴等效电阻值和中间变量值代入d轴等效电阻值计算公式，计算出当前的d轴等效电阻值；
所述当前q轴等效电阻计算模块用于将所述参数获取模块中获取的前一次的q轴等效电阻值和中间变量值代入q轴等效电阻值计算公式，计算出当前的q轴等效电阻值；
所述当前电机电阻计算模块用于根据计算出的所述当前的d轴等效电阻值和所述当前的q轴等效电阻值计算当前的电机电阻值；
所述d轴等效电阻值计算公式为：
<mrow>
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</mrow>
其中，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rd(N-1)为前一次的d轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Vd(N)为当前测量的d轴电压值，ω为预设转子角速度值，Lq为预设q轴电感值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rd(N-1)＝Rd(1)，P(N-1)＝P(1)，Rd(1)和P(1)均为预定初始值，且
<mrow>
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</mrow>
其中，P(N)为当前的中间变量值。
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，其特征在于，所述q轴等效电阻值计算公式为：
<mrow>
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<mi>R</mi>
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</mrow>
其中，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值，Rq(N-1)为前一次的q轴等效电阻值，P(N-1)为前一次的中间变量值，Iq(N)为当前测量的q轴电流值，Vq(N)为当前测量的q轴电压值，ω为预设转子角速度值，Ld为预设d轴电感值，Id(N)为当前测量的d轴电流值，Ke为预设反电势系数值，N为第N次取值，且N为大于等于2的整数，当N＝2时，Rq(N-1)＝Rq(1)，P(N-1)＝P(1)，Rq(1)和P(1)均为预定初始值，且
<mrow>
<mi>P</mi>
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</mrow>
其中，P(N)为当前的中间变量值。
7.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，其特征在于，当前电阻值的计算公式为：
<mrow>
<mi>R</mi>
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<mo>(</mo>
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<mn>2</mn>
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其中，R(N)为当前的电机电阻值，Rd(N)为当前的d轴等效电阻值，Rq(N)为当前的q轴等效电阻值。
8.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机的电阻在线辨识系统，其特征在于，所述当前和前一次的时间间隔为100ms。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| CN201510727686.9A CN105356807B (zh) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | 一种永磁同步电机的电阻在线辨识方法和系统 |
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Family Applications (1)
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2015
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