CN106612087B - 电机转矩系数辨识方法和装置及电机控制装置和判断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转矩系数辨识方法和装置，利用扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行观测，并利用观测结果计算电机实际的输出转矩，最终根据计算出的电机实际输出转矩和电机的转矩电流或其指令值经计算得到电机转矩系数。此外，本发明还提供一种采用该辨识装置的电机控制装置和电机判断装置。本发明的辨识方法直接利用电机的实际输出转矩和转矩电流来计算电机转矩系数，不但不影响电机的驱动性能，而且可以实现对电机转矩系数的在线实时辨识且辨识结果准确，同时适用范围广，可应用于诸如电梯等存在不平衡转矩负载的特殊应用场合。

Description

电机转矩系数辨识方法和装置及电机控制装置和判断装置

技术领域

本发明与电机技术有关，具体涉及一种电机转矩系数的在线辨识方法与辨识装置，以及含有该转矩系数辨识装置的电机控制装置和电机判断装置。

背景技术

转矩系数是指电机单位电流产生的力矩，可用N·m/A来表示，是表征电机输出转矩能力的一个重要参数。一般而言，电机的转矩系数的设计值与实际值总是存在一定的偏差，这个偏差后续称为转矩系数偏差。电机驱动系统中，转矩系数会出现在速度环控制器参数的整定过程中，当转矩系数偏差较大时，基于转矩系数设计值整定得到的控制器参数与基于转矩系数准确实际值整定得到的控制器最优参数之间必然会出现较大偏差(后续称之为控制器参数偏差)，这个较大的控制器参数偏差会进一步导致控制器控制性能的降低。对于包括电梯在内的存在恒定负载转矩的应用场合中，较大的转矩系数偏差会导致基于称量装置的初始负载转矩补偿量相对于实际的初始负载转矩出现较大的补偿偏差，这个补偿偏差会严重影响电机的启动性能，如电梯启动时出现溜梯的情况，从而严重影响电梯启动时乘客的乘坐舒适性。对于根据转矩系数判断PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor，即永磁同步电机)是否发生不可逆退磁的场合，较大的转矩系数偏差会严重影响判断的准确性和及时性。

转矩系数偏差的出现通常有两个原因：一个是因制造、加工工艺、原材料等因素导致的电机转矩系数偏差，另一个是在电机运行过程中，因电机的工况变化而导致的电机转矩系数偏差。为了应对上述第一种原因产生的电机转矩系数偏差，通常有两种方法：一是对最大偏差进行预估，将电机工况适当调整(降低电机可能的最大输出转矩)以保证电机的安全可靠运行；二是对每台电机进行单独测试，根据测试结果计算出每台电机的转矩系数。这两种方法虽然能够应对第一种原因产生的电机转矩系数偏差，但却分别存在电机的转矩输出能力不能充分利用和测试过程费时费力等缺点，而且无法应对上述第二种原因产生的电机转矩系数偏差。为了克服上述方法的缺点，电机转矩系数的在线辨识成为了必然选择。

在申请号为201210303100.2的中国发明专利申请中，利用120°驱动方式在电机启动阶段根据电机定子电压和电流计算出包括转矩系数Kt在内的电机参数，然后再以180°驱动方式根据计算出的电机参数进行电机驱动控制。但这种方法有两种驱动方式，实现较为复杂且因120°驱动方式存在转矩脉动大、振动和噪声大等缺点，因此会严重影响电机的驱动性能。

中国发明专利CN102904498B提出了一种用于检测PMSM是否发生了不可逆减磁的控制装置，其中的推定转矩常数计算部根据电机转速计算包括粘性摩擦和库伦摩擦在内的摩擦力，然后根据计算得出的摩擦力计算电流修正值进而对电机定子电流进行修正，最后利用转动惯量与加速度的积除以修正后的电流值得到转矩系数。但从前述转矩系数的得出过程可以看出：

第一，该方法仅仅根据电机转速来计算摩擦力，而摩擦力除了受转速影响外，可能还会受到其它因素影响，如电梯系统中轿厢的导靴形式、整流罩、井道情况等，因此按照该发明专利方法计算得到的摩擦力存在较大误差，进而根据摩擦力得到的电流修正值也会存在较大误差，最终根据电流修正值修正得到的电流值计算出的转矩系数必将会存在较大误差；

第二，该方法本质上是利用电机产生的部分转矩信息(即仅对应于电机加速度的转矩部分)和电机的部分电流信息(即定子电流值去掉摩擦力对应的电流后得到的、产生电机加速度的转矩的电流)来计算电机的转矩系数，而不是直接利用电机的实际输出转矩与实际定子电流来计算转矩系数，因此其本质上是一种间接计算方法；

第三，由于加速度的获取过程中不可避免地会引入一些干扰，这就导致得到的加速度也会存在一定误差，利用含有误差的加速度与转动惯量的积除以修正后的电流值来计算转矩系数，计算得到的转矩系数必然会包含由加速度误差导致的误差；

第四，为了减小加速度误差、电流检测误差和摩擦力计算误差对转矩系数的影响，在计算转矩系数时电机的加速度、定子电流都不能过小，这为转矩系数的实时计算(即在线辨识)增加了限制条件；

第五，该方法未考虑如电梯等具有不平衡转矩负载的情况，并未公开针对这类情况中的不平衡转矩的处理方式，若是对不平衡转矩不作任何处理，则计算得到的转矩系数必会出现重大偏差，因为修正后的电流除了使电机产生加速度的转矩电流外，还包括了用于产生克服不平衡转矩的转矩电流，反之若是考虑不平衡转矩，则如何确定不平衡转矩就成为阻拦该方法应用于该类场合的障碍。

因此，在不影响电机驱动性能的前提下，如何便捷、及时、准确地对电机转矩系数进行在线辨识就成为一个有待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电机转矩系数辨识方法和装置，可以在不影响电机驱动性能的前提下便捷、及时、准确地对电机转矩系数进行在线辨识。同时，本发明还提供一种应用该电机转矩系数辨识装置的电梯控制装置和永磁同步电机判断装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电机转矩系数辨识方法中，首先利用扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行实时观测，然后根据观测结果计算电机的实际输出转矩，最后根据电机的实际输出转矩和电机的转矩电流或其指令值计算得到电机转矩系数，具体包括如下步骤：S1、构建扰动转矩观测器；S2、利用扰动转矩观测器对扰动转矩进行观测；S3、计算电机的加速度；S4、根据扰动转矩观测器的观测结果和电机的加速度计算电机的实际输出转矩或实际输出转矩的积分值；S5、计算电机的转矩电流或转矩电流的积分值，或者电机转矩电流的指令值或转矩电流指令值的积分值；S6、根据电机的实际输出转矩和转矩电流或其指令值计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数。

本发明提供的另一种辨识方法中，具体包括如下步骤：S1、判断电机是否处于电机零速或匀速运行状态，是则转入S2，否则转入S7；S2、构建扰动转矩观测器；S3、利用扰动转矩观测器对扰动转矩进行观测；S4、计算电机的实际输出转矩或实际输出转矩的积分值；S5、计算电机的转矩电流或转矩电流的积分值，或者电机转矩电流的指令值或转矩电流指令值的积分值；S6、根据电机的实际输出转矩和转矩电流或其指令值计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值和积分时长计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值和积分时长计算电机转矩系数；S7、结束。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种电机转矩系数辨识装置，包括：扰动转矩观测器，用于观测电机驱动系统中的扰动转矩；转矩电流计算器，用于计算电机的转矩电流或其指令值；转矩系数辨识器，当电机零速或匀速运行时，根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数。所述转矩系数辨识器首先根据扰动转矩观测器输出的扰动转矩的观测结果计算电机的实际输出转矩，然后再计算电机的转矩电流或其指令值，最后根据电机实际输出转矩和电机转矩电流的比值得到所述电机的转矩系数，或者首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流或其指令值，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值或其指令值的积分值，最后利用电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分时长计算得到所述电机的转矩系数或者利用电机实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分时长计算电机转矩系数。

或者，电机转矩系数辨识装置包括：扰动转矩观测器，用于观测电机驱动系统中的扰动转矩；转矩电流计算器，用于计算电机的转矩电流或其指令值；加速度计算器，用于计算电机的加速度；转矩系数辨识器，根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果和所述加速度计算器输出的电机加速度信息和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数。所述转矩系数辨识器首先根据扰动转矩观测器输出的扰动转矩的观测结果和加速度计算器输出的加速度信息计算电机的实际输出转矩，然后再计算电机的转矩电流或其指令值，最后根据电机实际输出转矩和电机转矩电流或其指令值的比值得到所述电机的转矩系数，或者首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流或其指令值，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值或其指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值，最后利用积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值与电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分时长计算得到所述电机的转矩系数或者利用电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数。

本发明还提供一种电机控制装置，包括：如前所述的任一电机转矩系数辨识装置；存储单元，用于存储电机控制所需的参数；差值计算单元，用于计算所述转矩系数辨识装置辨识出的电机转矩系数与存储单元中存储的电机转矩系数间的差值；更新单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第一阈值时，用辨识出的电机转矩系数替换存储单元中的电机转矩系数，并根据替换后的电机转矩系数重新计算电机控制所需的控制参数。其中更佳的，所述电机控制装置还包括警告信号生成单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第二阈值时，生成警告信号。

本发明还提供一种永磁同步电机判断装置，包括：如前所述的任一电机转矩系数辨识装置；存储单元，用于存储电机控制所需的参数；差值计算单元，用于计算所述转矩系数辨识装置辨识出的电机转矩系数与存储单元中存储的电机转矩系数间的差值；判断单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第三阈值时，则判定所述永磁同步电机出现了不可逆退磁现象，同时生成警告信息。

本发明可以达到的有益之处在于：

1)本发明实现了对电机转矩系数的在线实时辨识；

2)本发明不会影响电机的驱动性能；

3)相对于仅根据电机转速来计算摩擦力的现有技术，本发明对包括摩擦力在内的扰动转矩进行直接观测，且观测结果准确，因而最终得到的电机转矩系数的辨识结果也更为准确；

4)本发明直接利用电机的实际输出转矩和转矩电流来计算电机转矩系数；

5)本发明可以消除因加速度误差而导致的电机转矩系数的误差；

6)本发明消除了现有技术中执行电机转矩系数辨识对电机的加速度、定子电流的限制；

7)本发明适用范围广，可应用于诸如电梯等存在不平衡转矩负载的特殊应用场合。

附图说明

图1为电梯驱动系统的结构示意图。

其中附图标记说明如下：

1外部电源 2整流器

3平滑直流电容 4母线电压检测装置

5能耗电路 6直流母线

7逆变器 8电流检测装置

9电梯驱动电机 10曳引轮

11导向轮 12对重

13轿厢 14速度检测装置

15电梯控制装置 16上位控制器

17能耗控制器

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，在本发明中，外部电源1与整流器2的三相交流侧相连，整流器2的直流侧经直流母线6与逆变器7的直流侧输入端相连，平滑直流电容3和能耗电路5分别跨接于直流母线6两端，母线电压检测装置4设置在平滑直流电容3的两端，逆变器7的三相交流侧经电流检测装置8与电梯驱动电机9相连，电梯驱动电机9经特定结构与曳引轮10相连，轿厢13与对重12通过绳索悬吊于曳引轮10和导向轮11的两侧。能耗控制器17根据母线电压检测装置4检测到的直流母线电压对能耗电路5的开关元件进行开通与关断的控制。能耗电路5用于将再生能量转化为热量而实现再生能量的消耗。上位控制器16根据层站召唤、轿内指令或群控系统的调配命令等产生目的楼层信息。电梯控制装置15根据来自上位控制器16的目的楼层信息、来自电流检测装置8的电流检测结果和速度检测装置14所检测到的电梯驱动电机9的实际转速产生对构成逆变器7的功率开关开通与关断的开关信号，使得电梯驱动电机9拖动轿厢13在井道中上下运行。逆变器7可以是传统的两电平变换器，也可以是三电平变换器，或者是其它能够产生变压变频信号的电力变换器。上位控制器16根据电梯群控系统和/或电梯层站召唤、轿厢召唤等信号生成电梯运行的速度图形；电梯控制装置15根据上位控制器16输出的速度图形和速度检测装置14检测到的电梯驱动电机9的实际转速以及电流检测装置8检测到的电梯驱动电机9的定子电流生成开关信号，并通过该开关信号实现对构成逆变器7的功率开关的开通与关断控制，藉此实现对电梯运行速度的调节。

电梯驱动电机9可以是感应电机，也可以是PMSM，后续均以PMSM为例进行说明。显然，曳引轮10、导向轮11、对重12、轿厢13以及连接轿厢13和对重12的绳索作为整体成为电梯驱动电机9的负载，后续中电梯驱动电机9的转动惯量同样是指曳引轮10、导向轮11、对重12、轿厢13以及连接轿厢13和对重12的绳索所构成的负载与电梯驱动电机9的转子的总的等效转动惯量。

对于电梯驱动电机9而言，其运动方程为：

式中，T_e是电梯驱动电机9输出的驱动转矩；T_fr是电梯驱动系统中包括但不限于粘性摩擦、空气阻力、库伦摩擦中的一种或多种的转矩，该转矩对电梯驱动电机9的转子的转动起阻碍作用，为分别起见，总称为摩擦转矩；T_load是指由电梯轿厢13及其内的乘客和对重12所产生的不平衡转矩；ω是电梯驱动电机9的转速。

将公式(1)改写为下述公式(2)

其中，T_dis是扰动转矩，且

T_dis＝T_fr+T_load (3)

由公式(3)可知，电梯驱动电机9输出的驱动转矩T_e除了使电梯驱动电机9的转子带动曳引轮10、导向轮11、对重12、轿厢13以及连接轿厢13和对重12的绳索所构成的负载产生加速度外，其余部分则是用于克服扰动转矩T_dis对电梯驱动电机转子旋转的阻碍，此处，扰动转矩T_dis是电机转动过程中对电机转动起阻碍作用的所有转矩之和，该扰动转矩T_dis与电机输出转矩T_e减掉使电机产生加速度的转矩后所剩下的转矩大小相等、方向相反，即电机输出转矩T_e减掉使电机产生加速度的转矩后所剩下的转矩完全用于克服所述扰动对电机所起的阻碍作用。

对于PMSM而言，当采用i_d＝0的控制策略时，其输出转矩T_e与其转矩电流i_q满足如下关系：

T_e＝K_t·i_q (4)

其中，K_t是转矩系数，i_q是电机的定子电流的q轴分量。

尽管公式(4)是基于PMSM得到的，但事实上，对于其它类型的电机而言，当满足一定条件时，其电流与转矩之间的关系同样满足类似于公式(4)的数学规律，本领域专业人员只要将后续说明中的相关内容稍作修改即可将本发明内容应用于其它类型电机，因此后续说明仅以PMSM为例。

将公式(4)代入公式(2)，经整理后得到：

对于公式(5)所示的动态系统，实时观测有多种方法，如利用扩张状态观测器(ESO)(参阅《自抗扰控制技术——估计补偿不确定因素的控制技术》，韩京清，2013年，国防工业出版社)、等效输入干扰观测器(Rui-Juan Liu等，Active Disturbance RejectionControl Based on an Improved Equivalent-Input-Disturbance Approach,IEEE/AMSETran.On Mechatronics,P1410～1413,Vol.18,No.4,August 2013)以及未知输入观测器(Gang Zheng等,Unknown input observer for linear time-delay systems,Automatica，P35～43,Vol.61,November 2015)等，具体可参阅相关控制理论文献。下面以Shihua Li等在文献《Disturbance recjection control method for permanent magnetsynchronous》(Mechatronics,22,(2012),706-714)中提出的ESO为例进行简要说明。

将公式(5)改写为

式中， 是电流控制器的指令值。

对公式(6)所示系统，构造如下ESO：

式中，z₁是角速度ω的观测结果，z₂是a(t)的观测结果，是电流控制器的指令值，u是电梯驱动电机速度控制器的控制输入，例如：

式中，k是控制增益，ω^*是速度图形给出的速度指令值。

对于电机驱动控制来讲，其电流环的控制周期通常要远小于速度环的控制周期，因此相对速度环控制而言，在电流控制器的控制下，可以忽略电机的实际电流与其指令值间的误差，近似认为则有：

或

T_dis＝z₂·J (10)

将公式(10)代入公式(2)，经整理得到电梯驱动电机9输出的驱动转矩T_e：

当电梯驱动电机9处于电机零速或匀速运行状态时，公式(11)则变为：

T_e＝z₂·J (12)

将公式(11)或公式(12)代入公式(4)，经整理得到：

或

实际上，一方面考虑到由电流检测装置8的检测结果经适当变换后所得到电机的实际电流的q轴分量i_q会因检测误差的存在而出现波动，另一方面电机的实际电流i_q与其指令值间的误差可以忽略不计，因此可以得到

或

下面以具体实施例对实现上述转矩系数在线辨识的装置和实施步骤进行说明。

实施例1

为了实现电梯驱动电机的转矩系数的在线辨识，电机转矩系数辨识装置包括扰动转矩观测器、转矩电流计算器和转矩系数辨识器，其中：

扰动转矩观测器用于观测电机驱动系统中的扰动转矩，其具体形式如前所述可以采用扩张状态观测器(ESO)、等效输入干扰观测器、未知输入观测器(UIO)或是其它能够对扰动进行观测的观测器、滤波器等；

转矩电流计算器用于计算电机的转矩电流，计算所需的电流信息可以是电流检测装置8的检测结果，或是电流检测装置8的检测结果经坐标变换后得到的电机电流，或是将电梯电机驱动控制中速度控制器输出的电流控制器的电流指令值；

转矩系数辨识器根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数，具体而言，首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果来计算电机的实际输出转矩，然后再利用电机的实际输出转矩除以所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值来计算所述电机转矩系数。

本实施例的电机转矩系数辨识装置对电机转矩系数进行在线辨识的步骤如下：

S1、判断电梯驱动电机是否处于电机零速或匀速运行状态，若是则转入S2，否则不满足辨识条件，转入S7，结束本次辨识；

S2、构建扰动转矩观测器：根据电机的运动方程确定扰动转矩，利用控制理论中的扩张状态观测器(ESO)或等效输入干扰观测器或未知输入观测器(UIO)等构建出可以对扰动转矩进行实时观测的观测器；

S3、利用扰动转矩观测器对扰动转矩T_dis进行观测：利用S1构建的扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行观测，得到观测结果z₂；

S4、计算电机的实际输出转矩T_e：转矩系数辨识器根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩、按照公式(2)计算电机的实际输出转矩，此时公式(2)中

S5、计算电机的转矩电流：用于计算电机转矩电流的转矩电流计算器根据电流检测装置8的电流检测结果计算电机的转矩电流(对PMSM而言，即q轴电流)，或是直接将电流检测装置8的检测结果经abc-dq坐标变换后得到的电机电流i_q作为电梯驱动电机9的转矩电流，或是将电梯电机驱动控制中速度控制器输出的电流控制器的电流指令值作为电梯驱动电机9的转矩电流；

S6、根据公式(14a)计算电机实际输出转矩T_e与电机转矩电流i_q的商，或者根据公式(14b)计算电机实际输出转矩T_e与电机转矩电流指令值的商，即为所述电机转矩系数K_t；

S7、结束。

实施例2

实施例2与实施例1相似，仅就不同处加以说明。

与实施例1相比，本实施例的所述转矩系数辨识器首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果来计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值，最后再利用电机实际输出转矩的积分值、转矩电流的积分值以及积分时长，计算得到所述电机转矩系数。

选定一积分时段，对公式(14a)进行双边积分得到：

考虑到电梯驱动电机9的转矩系数近似为恒定常值，故此有：

式中，Δt＝t₂-t₁。

本实施例的电机转矩系数辨识装置按照如下步骤对电机转矩系数进行在线辨识：

S1、判断电机是否处于电机零速或匀速运行状态，是则转入S2，否则不满足辨识条件，转入S9，结束本次辨识；

S2～S5、与实施例1中的S2～S5相同；

S6、分别计算电机实际输出转矩的积分值和电机转矩电流的积分值，即计算和

S7、利用步骤S6的结果根据公式(15)计算

S8、利用S7得到的结果除以S7的积分时长Δt，得到电机转矩系数K_t；

S9、结束。

当然，在上述方法中，也可以采用电机的转矩电流指令值代替公式(16)转矩电流i_q，这对于本领域专业人员来说是显而易见的，因此不再赘述。

实施例3

实施例3与实施例1相似，仅就不同处加以说明。与实施例1相比，本实施例的电机转矩系数辨识装置还增加了加速度计算器。

加速度计算器用于计算电梯驱动电机9的加速度，所需的速度信息可以是速度检测装置14的检测结果，或是来自上位控制器16的速度指令。

与实施例1中的转矩系数辨识器有所不同，本实施例的转矩系数辨识器根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果、所述加速度计算器输出的电机的加速度信息和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数，具体而言，首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果、所述加速度计算器输出的加速度信息来计算电机的实际输出转矩，然后利用所述输出转矩除以所述转矩电流计算器输出的所述转矩电流或其指令值来计算所述电机转矩系数。

本实施例的电机转矩系数辨识装置按照如下步骤对电机转矩系数进行在线辨识：

S1、构建扰动转矩观测器，同实施例1中的S2；

S2、利用扰动转矩观测器对扰动转矩T_dis进行观测，同实施例1中的S3；

S3、计算电机的加速度：用于计算电梯驱动电机9的加速度信息的加速度计算器根据速度检测装置14的检测结果或是根据来自上位控制器16的速度指令，以差分方式计算出电梯驱动电机9的转子加速度；

S4、计算电机的实际输出转矩T_e，同实施例1中的S4；

S5、计算电机的转矩电流i_q或其指令值同实施例1中的S5；

S6、根据电机的实际输出转矩T_e和转矩电流i_q计算电机转矩系数，按照公式(13a)计算得到电梯驱动电机9的转矩系数K_t，或者根据电机的实际输出转矩T_e和转矩电流指令值计算电机转矩系数，按照公式(13b)计算得到电梯驱动电机9的转矩系数K_t。

实施例4

实施例4与实施例3相似，仅就不同处加以说明。与实施例3相比，本实施例的所述转矩系数辨识器首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果来计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值，最后再用该差值与电机实际输出转矩的积分值、转矩电流的积分值以及积分时长，计算得到所述电机转矩系数。

选定一积分时段，对(13a)进行双边积分得到：

考虑到电梯驱动电机9的转矩系数近似为恒定常值，故此有：

式中，Δt＝t₂-t₁。

本实施例的电机转矩系数辨识装置按照如下步骤对电机转矩系数进行在线辨识：

S1～S5、与实施例3中的S1～S5相同；

S6、分别计算电机实际输出转矩的积分值、电机转矩电流的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值，即计算和ω(t₂)-ω(t₁)；

S7、利用步骤S6结果根据(17)计算

S8、利用S7得到的商除以S6的积分时长Δt，得到电机转矩系数K_t；

S9、结束。

当然，在上述方法中，也可以采用电机的转矩电流指令值代替公式(18)中的转矩电流i_q，这对于本领域专业人员来说是显而易见的，因此不再赘述。

实施例5

本发明提供的电机控制装置包括：实施例1～4中任一电机转矩系数辨识装置、存储单元、差值计算单元和更新单元。电机转矩系数辨识装置以在线方式对电机转矩系数进行在线辨识；存储单元用于存储电机控制所需参数，如电机的转矩系数、各种限幅值、控制器中的控制参数、系统物理参数(如电感、电阻等)等等；差值计算单元用于计算所述转矩系数辨识装置辨识出的电机转矩系数与存储单元中存储的电机转矩系数间的差值；当所述差值计算单元计算出的所述差值超过第一阈值时，更新单元用辨识出的电机转矩系数替换存储单元中的电机转矩系数，并根据替换后的电机转矩系数重新计算电机控制所需的控制参数，藉此实现电机驱动系统的性能提升。

实施例6

本实施例与实施例5相似，仅就不同处加以说明。与实施例5相比，本实施例还包括一警告信号生成单元。当所述差值计算单元计算出的所述差值超过第二阈值时，警告信号生成单元则会生成警告信号。

实施例7

本发明提供的永磁同步电机判断装置包括：实施例1～4中任一电机转矩系数辨识装置、存储单元、差值计算单元和判断单元。实施例1～4中任一电机转矩系数辨识装置、存储单元、差值计算单元与实施例5中对应单元相同。当所述差值计算单元计算出的所述差值超过第三阈值时，判断单元判定所述永磁同步电机出现了不可逆退磁现象，同时生成警告信息。

在进行判断时，永磁同步电机判断装置首先利用电机转矩系数辨识装置对电机转矩系数进行辨识，差值计算单元计算辨识结果和存储单元存储的电机转矩系数间的差值，当辨识结果和存储单元存储的电机转矩系数之间的差值大于第三阈值时，判断单元判定所述电机出现了不可逆退磁现象，同时生成警告信息。

需要指出的是，上述第一阈值、第二阈值、第三阈值是任意非负数值，可以相同，也可以不同，可以是恒定值，也可以是可变值。通常而言，第一阈值小于第二阈值，且第一阈值小于第三阈值，第二阈值与第三阈值可以根据实际需要设置。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，所述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (9)

1.一种电机转矩系数辨识方法，其特征在于，首先利用扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行实时观测，然后根据观测结果计算电机的实际输出转矩，最后根据电机的实际输出转矩和电机的转矩电流或其指令值计算得到电机转矩系数，具体包括如下步骤：

S1、构建扰动转矩观测器；

S2、利用扰动转矩观测器对扰动转矩进行观测；

S3、计算电机的加速度；

S4、根据扰动转矩观测器的观测结果和电机的加速度计算电机的实际输出转矩或实际输出转矩的积分值；

S5、计算电机的转矩电流或转矩电流的积分值，或者电机转矩电流的指令值或转矩电流指令值的积分值；

S6、根据电机的实际输出转矩和转矩电流或其指令值计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数。

2.一种电机转矩系数辨识方法，其特征在于，首先利用扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行实时观测，然后根据观测结果计算电机的实际输出转矩，最后根据电机的实际输出转矩和电机的转矩电流或其指令值计算得到电机转矩系数，具体包括如下步骤：

S1、判断电机是否处于电机零速或匀速运行状态，是则转入S2，否则转入S7；

S2、构建扰动转矩观测器；

S3、利用扰动转矩观测器对扰动转矩进行观测；

S4、计算电机的实际输出转矩或实际输出转矩的积分值；

S5、计算电机的转矩电流或转矩电流的积分值，或者电机转矩电流的指令值或转矩电流指令值的积分值；

S6、根据电机的实际输出转矩和转矩电流或其指令值计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值和积分时长计算电机转矩系数，或者根据电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值和积分时长计算电机转矩系数；

S7、结束。

3.一种采用权利要求2所述的电机转矩系数辨识方法的电机转矩系数辨识装置，其特征在于，包括：

扰动转矩观测器，用于观测电机驱动系统中的扰动转矩；

转矩电流计算器，用于计算电机的转矩电流或其指令值；

转矩系数辨识器，当电机零速或匀速运行时，根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数。

4.根据权利要求3所述的电机转矩系数辨识装置，其特征在于：所述转矩系数辨识器首先根据扰动转矩观测器输出的扰动转矩的观测结果计算电机的实际输出转矩，然后再计算电机的转矩电流或其指令值，最后根据电机实际输出转矩和电机转矩电流的比值得到所述电机的转矩系数，或者

首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流或其指令值，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值或其指令值的积分值，最后利用电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分时长计算得到所述电机的转矩系数或者利用电机实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分时长计算电机转矩系数。

5.一种采用权利要求1所述的电机转矩系数辨识方法的电机转矩系数辨识装置，其特征在于，包括：

扰动转矩观测器，用于观测电机驱动系统中的扰动转矩；

转矩电流计算器，用于计算电机的转矩电流或其指令值；

加速度计算器，用于计算电机的加速度；

转矩系数辨识器，根据所述扰动转矩观测器输出的扰动转矩观测结果和所述加速度计算器输出的电机加速度信息和所述转矩电流计算器输出的转矩电流或其指令值计算所述电机的转矩系数。

6.根据权利要求5所述的电机转矩系数辨识装置，其特征在于：所述转矩系数辨识器首先根据扰动转矩观测器输出的扰动转矩的观测结果和加速度计算器输出的加速度信息计算电机的实际输出转矩，然后再计算电机的转矩电流或其指令值，最后根据电机实际输出转矩和电机转矩电流或其指令值的比值得到所述电机的转矩系数，或者

首先根据所述扰动转矩观测器输出的扰动观测结果计算电机的实际输出转矩，然后计算电机的转矩电流或其指令值，接着分别计算同一时间段内电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值或其指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值，最后利用积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度间的差值与电机实际输出转矩的积分值和转矩电流的积分值以及积分时长计算得到所述电机的转矩系数或者利用电机的实际输出转矩的积分值和转矩电流指令值的积分值以及积分终止时刻与积分起始时刻对应的电机速度的差值和积分时长计算电机转矩系数。

7.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

如权利要求3～6所述的任一电机转矩系数辨识装置；

存储单元，用于存储电机控制所需的参数；

差值计算单元，用于计算所述转矩系数辨识装置辨识出的电机转矩系数与存储单元中存储的电机转矩系数间的差值；

更新单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第一阈值时，用辨识出的电机转矩系数替换存储单元中的电机转矩系数，并根据替换后的电机转矩系数重新计算电机控制所需的控制参数。

8.根据权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，所述电机控制装置还包括警告信号生成单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第二阈值时，生成警告信号。

9.一种永磁同步电机判断装置，其特征在于，包括：

如权利要求3～6所述的任一电机转矩系数辨识装置；

存储单元，用于存储电机控制所需的参数；

差值计算单元，用于计算所述转矩系数辨识装置辨识出的电机转矩系数与存储单元中存储的电机转矩系数间的差值；

判断单元，当所述差值计算单元得到的所述差值超过第三阈值时，则判定所述永磁同步电机出现了不可逆退磁现象，同时生成警告信息。