CN106505924B - 电机定子电阻的在线辨识方法、装置和电机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发公开了一种电机定子电阻的在线辨识方法、装置和电机控制系统，其中，方法包括以下步骤：向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流；获取所述同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流；分别对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理；根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。该方法能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。

Description

电机定子电阻的在线辨识方法、装置和电机控制系统
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机定子电阻的在线辨识方法、一种电机定子电阻的在线辨识装置和一种电机控制系统。
背景技术
在基于矢量控制的无传感器控制过程中，需要掌握精确的磁链信息，因此需要进行磁链估计。在基于电压模型的定子磁链估计中，涉及到的电机参数只有定子电阻，故精确的定子电阻值可以提高磁链估计的精度。同时，根据精确的电机定子电阻值，也可以对电机的温度进行实时监测。
相关技术中，基于电机稳态模型的定子电阻辨识方法，是根据检测到的定子电流和定子电压依次计算电机的无功功率、定子磁链、转子磁链和电磁转矩，然后根据上述计算结果和预先推导得到的定子电阻辨识表达式计算定子电阻；基于自适应理论的定子电阻辨识方法的关键点是通过反复的试验调节，确定合适的误差量，如：基于电压模型和电流模型的转子磁链d轴分量的误差、基于有功功率或者无功功率的误差以及定子电流在同步旋转dq轴系的d方向分量的误差等，其过程是很复杂的。因此，如何降低定子电阻在线辨识的复杂度是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机定子电阻的在线辨识方法，该方法能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
本发明的第二个目的在于提出一种电机定子电阻的在线辨识装置。
本发明的第三个目的在于提出一种电机控制系统。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机定子电阻的在线辨识方法，包括以下步骤：向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流；获取所述同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流；分别对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理；以及根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算所述电机的定子电阻。
根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识方法，首先向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流，并获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流，然后分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，并根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。该方法能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
根据本发明的一个实施例，所述预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，所述预设电流的频率为所述电机的额定频率的8～15倍。
根据本发明的一个实施例，分别通过n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成的高通滤波环节对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理，其中，所述n为1～3，所述截止频率大于等于所述预设电流的频率。
根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算所述电机的定子电阻：
其中，Rs为所述电机的定子电阻，Udf为所述高通滤波处理后的d轴电压的幅值，Idf为所述高通滤波处理后的d轴电流的幅值，finj为所述预设电流的频率，Ls为所述电机的定子电感。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种电机定子电阻的在线辨识装置，包括：注入模块，用于向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流；获取模块，用于获取所述同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流；滤波处理模块，所述滤波处理模块与所述获取模块相连，所述滤波处理模块用于分别对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理；以及计算模块，所述计算模块与所述滤波处理模块相连，所述计算模块用于根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算所述电机的定子电阻。
根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识装置，首先通过注入模块向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流，并通过获取模块获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流，然后通过滤波处理模块分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，最后计算模块根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。该装置能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
根据本发明的一个实施例，所述预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，所述预设电流的频率为所述电机的额定频率的8～15倍。
根据本发明的一个实施例，所述滤波处理模块由n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成，其中，所述n为1～3，所述截止频率大于等于所述预设电流的频率。
根据本发明的一个实施例，所述计算模块通过以下公式计算所述电机的定子电阻：
其中，Rs为所述电机的定子电阻，Udf为所述高通滤波处理后的d轴电压的幅值，Idf为所述高通滤波处理后的d轴电流的幅值，finj为所述预设电流的频率，Ls为所述电机的定子电感。
此外，本发明的实施例还提出了一种电机控制系统，其包括上述的电机定子电阻的在线辨识装置。
本发明实施例的电机控制系统，通过上述的电机定子电阻的在线辨识装置，能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识装置的方框示意图；
图3是根据本发明实施例的电机控制系统的方框示意图；
图4是根据本发明一个实施例的电机控制系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电机定子电阻的在线辨识方法、电机定子电阻的在线辨识装置和具有该装置的电机控制系统。
图1是根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识方法的流程图。如图1所示，该电机定子电阻的在线辨识方法可包括以下步骤：
S1，向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流。
根据本发明的一个实施例，预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，预设电流的频率为电机的额定频率的8～15倍，具体可根据实际情况进行标定。
S2，获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流。
S3，分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理。
根据本发明的一个实施例，分别通过n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成的高通滤波环节对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，其中，n为1～3，截止频率大于等于预设电流的频率，具体可根据实际情况进行标定。
S4，根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。
根据本发明的一个实施例，可通过下述公式(1)计算电机的定子电阻：
其中，Rs为电机的定子电阻，Udf为高通滤波处理后的d轴电压的幅值，Idf为高通滤波处理后的d轴电流的幅值，finj为预设电流的频率，Ls为电机的定子电感。
具体而言，为了能够在线获得电机的定子电阻，在电机运行的过程中，可以向电机的d轴注入幅值较小、频率较高的交变电流iinj，同时获取电机的d轴电压ud和d轴电流id，并对获取的d轴电压ud进行高通滤波处理，以获得滤波后的d轴电压udf，同时对获取的d轴电流id进行高通滤波处理，以获得滤波后的d轴电流idf，然后根据滤波处理后的d轴电压udf和d轴电流idf计算电机的定子电阻Rs，例如，可通过上述公式(1)计算电机的定子电阻Rs。从而不仅能够获得准确的定子电阻，而且方法简单可靠，易于实现，可运用于工程实践。
综上所述，根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识方法，首先向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流，并获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流，然后分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，并根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。该方法能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
图2是根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识装置的方框示意图。如图2所示，该电机定子电阻的在线辨识装置100可包括：注入模块10、获取模块20、滤波处理模块30和计算模块40。
其中，注入模块10用于向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流，获取模块20用于获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流，滤波处理模块30与获取模块20相连，滤波处理模块30用于分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，计算模块40与滤波处理模块30相连，计算模块40用于根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。
根据本发明的一个实施例，预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，预设电流的频率为电机的额定频率的8～15倍。
根据本发明的一个实施例，滤波处理模块30可由n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成，其中，n可以为1～3，截止频率大于等于预设电流的频率。
根据本发明的一个实施例，计算模块40可通过上述公式(1)计算电机的定子电阻。
具体而言，为了能够在线获得电机的定子电阻，在电机运行的过程中，通过注入模块10向电机的d轴注入幅值较小、频率较高的交变电流iinj，同时，通过获取模块20获取电机的d轴电压ud和d轴电流id，并通过滤波处理模块30对获取的d轴电压ud进行高通滤波处理，以获得滤波后的d轴电压udf，同时对获取的d轴电流id进行高通滤波处理，以获得滤波后的d轴电流idf，然后，计算模块40根据滤波处理后的d轴电压udf和d轴电流idf计算电机的定子电阻Rs，例如，可通过上述公式(1)计算电机的定子电阻Rs。从而不仅能够获得准确的定子电阻，而且简单可靠，易于实现，可运用于工程实践。
根据本发明实施例的电机定子电阻的在线辨识装置，首先通过注入模块向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流，并通过获取模块获取同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流，然后通过滤波处理模块分别对d轴电压和d轴电流进行高通滤波处理，最后计算模块根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算电机的定子电阻。该装置能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
图3是根据本发明实施例的电机控制系统的结构框图。如图3所示，该电机控制系统1000包括上述的电机定子电阻的在线辨识装置100。
在本发明的一个具体示例中，如图4所示，电机控制系统1000可以包括：电机1001、电流采样模块1002、第一坐标转换模块1003、电流校正模块1004、直轴电压模块1005、交轴电压模块1006、第二坐标转换模块1007、SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，电压空间矢量脉宽调制)驱动模块1008、逆变器1009和直流电源1010。
其中，电流采样模块1002用于采样电机1001的三相电流。第一坐标转换模块1003用于根据转子初始位置对三相电流进行Clarke坐标变换和Park坐标变换以获得直轴(d轴)电流和交轴(q轴)电流。电流校正模块1004用于根据直轴参考电流和交轴参考电流分别对直轴电流和交轴电流进行电流校正以获得直轴电压变化值和交轴电压变化值。直轴电压模块1005用于根据转子电角速度调整直轴电压。交轴电压模块1006用于根据转子电角速度调整交轴电压。第二坐标转换模块1007根据初始位置对直轴电压与直轴电压变化值之和和交轴电压与交轴电压变化值之和进行Clarke坐标反变换和Park坐标反变换以获得三相电压。SVPWM驱动模块1008用于根据三相电压输出驱动信号。逆变器1009用于根据驱动信号控制电机1001的电流。直流电源1010用于为逆变器1009供电。
这样，基于上述的电机控制系统1000，通过在电机的同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流iinj，然后获取同步旋转dq轴系的d轴电压ud和d轴电流id，并对d轴电压ud和d轴电流id进行高通滤波后，得到滤波后的d轴电压udf和滤波后的d轴电流idf，最后根据滤波后的d轴电压udf和滤波后的d轴电流idf计算出电机的定子电阻Rs。从而不仅能够获得准确的定子电阻，而且测量精度高，计算简单、易于实现。
根据本发明实施例的电机控制系统，通过上述的电机定子电阻的在线辨识装置，能够获得准确的定子电阻，且测量简单，实现容易，可运用于工程实践。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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特征、结构、材料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、结构、材料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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种电机定子电阻的在线辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流；
获取所述同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流；
分别对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理；以及
根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算所述电机的定子电阻；
通过以下公式计算所述电机的定子电阻：
其中，Rs为所述电机的定子电阻，Udf为所述高通滤波处理后的d轴电压的幅值，Idf为所述高通滤波处理后的d轴电流的幅值，finj为所述预设电流的频率，Ls为所述电机的定子电感。
2.如权利要求1所述的电机定子电阻的在线辨识方法，其特征在于，所述预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，所述预设电流的频率为所述电机的额定频率的8～15倍。
3.如权利要求1或2所述的电机定子电阻的在线辨识方法，其特征在于，分别通过n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成的高通滤波环节对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理，其中，所述n为1～3，所述截止频率大于等于所述预设电流的频率。
4.一种电机定子电阻的在线辨识装置，其特征在于，包括：
注入模块，用于向同步旋转dq轴系的d轴注入预设电流；
获取模块，用于获取所述同步旋转dq轴系的d轴电压和d轴电流；
滤波处理模块，所述滤波处理模块与所述获取模块相连，所述滤波处理模块用于分别对所述d轴电压和所述d轴电流进行高通滤波处理；以及
计算模块，所述计算模块与所述滤波处理模块相连，所述计算模块用于根据高通滤波处理后的d轴电压和d轴电流及电机的定子电感计算所述电机的定子电阻；
所述计算模块通过以下公式计算所述电机的定子电阻：
其中，Rs为所述电机的定子电阻，Udf为所述高通滤波处理后的d轴电压的幅值，Idf为所述高通滤波处理后的d轴电流的幅值，finj为所述预设电流的频率，Ls为所述电机的定子电感。
5.如权利要求4所述的电机定子电阻的在线辨识装置，其特征在于，所述预设电流为幅值恒定、频率恒定的交变电流，其中，所述预设电流的频率为所述电机的额定频率的8～15倍。
6.如权利要求4或5所述的电机定子电阻的在线辨识装置，其特征在于，所述滤波处理模块由n个截止频率均相等的一阶高通滤波器级联构成，其中，所述n为1～3，所述截止频率大于等于所述预设电流的频率。
7.一种电机控制系统，其特征在于，包括如权利要求4-6中任一项所述的电机定子电阻的在线辨识装置。
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