CN106169895A - 一种永磁直线同步电机电气参数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于矢量控制的表面贴装永磁直线同步电机交直轴电感和反电动势系数测量方法。通过设置直轴电流为零，使给定速度在0‑1s内以线性速度变化，在此期间不断计算q轴电流PI调节器的沃尔什一阶系数，并不断更新标称的反电动势系数，直至沃尔什一阶系数收敛到零，此时的反电动势系数即为实际值。接着给定直轴电流为0.1倍的持续电流，使给定速度再次在0‑1s内以线性速度变化，在此期间不断计算q轴电流PI调节器的沃尔什一阶系数，并不断更新标称的交直轴电感，直至沃尔什一阶系数收敛到零，此时的交直轴电感即为实际值。本发明提供的方法，无需任何仪器仪表可自动准确测量永磁直线同步电机交直轴电感和反电动势系数。

Description

一种永磁直线同步电机电气参数测量方法

技术领域

本发明涉及一种永磁直线同步电机电气参数测量方法，特别是涉及一种自动测量基于矢量控制的表面贴装永磁直线同步电机交直轴电感和反电动势系数方法，属于电机领域。

背景技术

矢量控制表面贴装永磁直线同步电机(Surface-Mounted Permanent MagneticLinear Synchronous Motors，SPMLSM)因结构简单、定位精度高、推力大、动态性能优越等优点在精密机床、工业机器人等领域受到广泛关注。矢量控制的关键需要准确的电机参数，厂商对同一规格电机提供相同的标称参数，但同一规格的每台电机实际参数与标称参数未尽相同，在配备矢量控制变频器时，为了保证系统的优良性能需要工程师对每台配套电机的参数进行测量，工作量非常之大，而且受仪器仪表测试精度的影响测试结果与实际值存在误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无需任何仪器仪表自动准确测量永磁直线同步电机交直轴电感和反电动势系数的方法。

下面说明本发明所涉及的工作原理。

矢量控制永磁直线同步电机系统方框图如图1所示，其电流控制回路传递函数结构图如图2所示。

根据d-q坐标系下永磁直线同步电机数学模型，可得q轴电流PI控制器的输出u_q-PI为：

$u_{q-PI}=R_s{i}_q+\sqrt{\frac{2}{3}}\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}\left(K_e^{*}\right(1)-K_e)v---\left(1\right)$

式中iq为q轴电流，Rs为每相电阻，Ke*(1)为厂商提供的永磁直线同步电机反电动势系数标称值，Ke为永磁直线同步电机反电动势系数实际值。

u_q-PI的沃尔什一阶系数为：

$a_1={\∫}_0^1{u}_{q-PI}W(1,t)---\left(2\right)$

其中：

$W(1,t)=\left\{\begin{array}{cc}-1& 0\&le;t<<0.5s\\ 1& 0.5s<<t<<1s\end{array}\right.---\left(3\right)$

在一个周期1S期间，如果u_q-PI是方波，a₁＝0，否则a₁不等于0。

令给定速度v*(t)在0～1S内按照线性变化，式中v₀为永磁直线同步电机的标称额定速度，在0-1S内不断检测q轴电流PI调节器输出u_q-PI波形，并计算其沃尔什一阶系数a₁，如果a₁不等于0表明电机反电动势系数标称值偏离实际值，按下式更新迭代反电动势系数进行矢量控制系统的参数设置：

$K_e^{*}(n+1)=K_e^{*}\left(n\right)+0.001a_1\left(n\right)---\left(4\right)$

式中n＝1，2，3……，迭代过程不断反复，直至a₁(n)为0，此时的反电动势系数Ke*(n+1)值即为实际的反电动势系数Ke。

反电动势系数测量好后，给定直轴电流i_d*＝0.1I_C，I_C为永磁直线同步电机的标称额定持续电流，此时q轴电流PI控制器的输出u_q-PI为：

$u_{q-PI}=R_s{i}_q+L_s^{*}\frac{{\mathrm{di}}_d}{dt}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&tau;}}\left(L_s^{*}\right(1)-L_s)v---\left(5\right)$

式中，Ls*(1)为厂商提供的永磁直线同步电机交直轴电感标称值，Ls为永磁直线同步电机交直轴电感实际值。

在0-1S内不断检测q轴电流PI调节器输出u_q-PI波形，并计算其沃尔什一阶系数a₁，如果a₁不等于0表明交直轴电感标称值偏离实际值，按下式更新迭代交直轴电感：

$L_s^{*}(n+1)=L_s^{*}\left(n\right)+0.001a_1\left(n\right)---\left(7\right)$

式中n＝1，2，3……，迭代过程不断反复，直至a₁(n)为0，此时的交直轴轴电感值Ls*(n+1)即为实际的交直轴电感值Ls。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

(1)用厂商提供的永磁直线同步电机反电动势系数标称值Ke*(1)和交直轴电感标称值Ls*(1)设置矢量控制系统的参数；

(2)设置直轴给定电流id*＝0，令给定速度v^*(t)在0～1S内以线性变化，式中v₀为标称额定速度，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按 计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的反电动势参数更新为按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新反电动势系数和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的反电动势系数Ke*(n+1)即为实际的反电动势系数Ke；

(3)停止永磁直线同步电机运行，用反电动势系数Ke*(n+1)和厂商提供的永磁直线同步电机交直轴电感标称值Ls*(1)设置矢量控制系统的参数；

(4)设置直轴给定电流式中I_C为永磁直线同步电机的标称额定持续电流，令给定速度v^*(t)在0～1S内以线性变化，式中v₀为标称额定速度，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的交直轴电感更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新交直轴电感和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的交直轴电感Ls*(n+1)即为实际的交直轴电感Ls。

本发明的有益效果是：本发明以厂商提供的永磁直线同步电机反电动势系数和交直轴电感标称值为初始设置值，自动测量矢量控制永磁直线同步电机的交直轴电感和反电动势系数，无需任何仪器仪表，不受标称参数的影响，大大减轻了矢量控制变频器配套永磁直线同步电机参数测量的工作量。

附图说明

图1是永磁直线同步电机矢量控制系统方框图。

图2是永磁直线同步电机矢量控制系统电流控制回路传递函数结构图。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例的一种永磁直线同步电机电气参数辨识方法，所述永磁直线同步电机参数标称值为：额定速度2m/s，持续电流2.1A，交直轴电感9.1mH，反电动势系数21.8V/m/S，包括以下步骤：

(1)用厂商提供的永磁直线同步电机参数交直轴电感9.1mH，反电动势系数21.8V/m/S设置矢量控制系统的参数；

(2)设置直轴给定电流id*＝0，令给定速度v^*(t)在0～1S内以0.5t线性变化，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的反电动势参数更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新反电动势系数和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的反电动势系数Ke*(n+1)即为实际的反电动势系数Ke；

(3)停止永磁直线同步电机运行，用反电动势系数Ke*(n+1)和厂商提供的永磁直线同步电机交直轴电感9.1mH设置矢量控制系统的参数；

(4)设置直轴给定电流令给定速度v^*(t)在0～1S内以0.5t线性变化，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的交直轴电感更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新交直轴轴电感和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的交直轴电感Ls*(n+1)即为实际的交直轴电感Ls。

实施例2

本实施例的一种永磁直线同步电机电气参数辨识方法，所述永磁直线同步电机参数标称值为：额定速度5m/s，持续电流1.8A，电感2.6mH，反电动势系数27.5V/m/S，包括以下步骤：

(1)用厂商提供的永磁直线同步电机参数交直轴电感2.6mH，反电动势系数27.5V/m/S设置矢量控制系统的参数；

(2)设置直轴给定电流id*＝0，令给定速度v^*(t)在0～1S内以1.25t线性变化，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的反电动势参数更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新反电动势系数和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的反电动势系数Ke*(n+1)即为实际的反电动势系数Ke；

(3)停止永磁直线同步电机运行，用反电动势系数Ke*(n+1)和厂商提供的永磁直线同步电机交直轴电感2.6mH设置矢量控制系统的参数；

(4)设置直轴给定电流令给定速度v^*(t)在0～1S内以1.25t线性变化，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的交直轴电感更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新交直轴电感和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4……，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的交直轴电感Ls*(n+1)即为实际的交直轴电感Ls。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (1)

1.一种永磁直线同步电机电气参数测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)用厂商提供的永磁直线同步电机反电动势系数标称值Ke*(1)和交直轴电感标称值Ls*(1)设置矢量控制系统的参数；

(2)设置直轴给定电流id*＝0，令给定速度v^*(t)在0～1S内以线性变化，式中v₀为标称额定速度，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按 计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的反电动势参数更新为按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新反电动势系数和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4........，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的反电动势系数Ke*(n+1)即为实际的反电动势系数Ke；

(3)停止永磁直线同步电机运行，用反电动势系数Ke*(n+1)和厂商提供的永磁直线同步电机交直轴电感标称值Ls*(1)设置矢量控制系统的参数；

(4)设置直轴给定电流式中I_C为永磁直线同步电机的标称额定持续电流，令给定速度v^*(t)在0～1S内以线性变化，式中v₀为标称额定速度，测量q轴电流调节器u_q-PI的输出，按计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(1)，其中：如a₁(1)不为零，将设置矢量控制系统的交直轴电感更新为 按计算相应的q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(2)，如a₁(2)不为零，继续按更新交直轴电感和计算q轴电流调节器u_q-PI的沃尔什一阶系数a₁(n)，n＝2，3，4........，直至沃尔什一阶系数a₁(n)为零，此时的交直轴电感Ls*(n+1)即为实际的交直轴电感Ls。