CN107147345A - 一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统，方法包括：S1：采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动；S2：待电机相电流稳定后采集流入电机U相的相电流；S3：采用PWM波控制电机转子转动到270度方向，等待电机稳定，关闭PWM波；S4：在确定电机线圈电流为0时，再次采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动，在电流稳定前采集电机α轴上的电流和对应的时间，该α轴上的电流为q轴当前电流；S5：根据采集的q轴当前电流和对应的时间，以及U相的相电流，确定电机q轴电感。本方案不仅节降低了成本，还可以离线辨识出q轴电感实现对不同压缩机的控制。

Description

一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统

技术领域

本发明涉及机电技术领域，特别涉及一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统。

背景技术

传统变频电机控制技术，需要由电机厂家提供q轴电感的参数，这是由电机控制模型来决定的。通常情况下，会将q轴电感的参数存储在存储器中，保留控制程序不变，在对不同压缩机进行控制时，只需在存储器中读取q轴电感的参数即可。然而，经过一定时间后，压缩机参数可能会发生变化，如此，存入到存储器中的q轴电感的参数则无法实现对压缩机的控制。因此，急需提供一种电机q轴电感的离线辨识方法，以实现对不同压缩机的控制。

发明内容

本发明实施例提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统，以实现对不同压缩机的控制。

本发明实施例提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法，包括：

S1：采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动；

S2：待电机相电流稳定后采集流入电机U相的相电流；

S3：采用PWM波控制电机转子转动到270度方向，等待电机稳定，关闭PWM波；

S4：在确定电机线圈电流为0时，再次采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动，在电流稳定前采集电机α轴上的电流和对应的时间，其中，该α轴上的电流为q轴当前电流；

S5：根据采集的q轴当前电流和对应的时间，以及U相的相电流，确定电机q轴电感。

优选地，所述S5，包括：

根据电机控制模型为如下式(1)所示：

其中，V_q用于表征电机q轴电压；L_d用于表征电机d轴电感；ω用于表征电机当前运行角速度；I_d用于表征电机d轴电流；r用于表征电机的相电阻；I_q用于表征电机q轴电流；L_q用于表征电机q轴电感；t用于表征运行时间；K_E用于表征电机反电动势常数；

在步骤S1中，控制电机转子不动，此时ω＝0，那么根据式(1)得到如下式(2)：

对式(2)进行变换得到如下式(3)：

根据式(3)，当t→∞时，将式(3)进行变换得到步骤S2中电机U相的相电流I_U，该相电流I_U如下式(4)所示：

根据式(3)和式(4)，得到如下所述q轴当前电流与所述相电流I_U的关系，如下式(5)所示：

利用式(5)，根据采集的q轴当前电流和对应的时间t，以及所述相电流I_U，计算出电机q轴电感L_q。

优选地，

进一步包括：在步骤S4中，在电流稳定前采集电机的n个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间；其中，n为不小于2的整数；

所述S5，包括：根据每一个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间，以及U相的相电流，计算电机对应的q轴当前电感；根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感。

优选地，所述根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感，包括：利用下式(6)计算出电机q轴电感：

其中，L_q用于表征电机q轴电感，L_q(i)用于表征电机第i个q轴当前电感。

优选地，在所述采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向之前，进一步包括：确定PWM波的占空比，使得所述电机U相的相电流的大小位于设定的电流范围内。

优选地，步骤S1中采用的PWM波的占空比与步骤S4中采用的PWM波的占空比相同。

优选地，所述确定电机线圈电流为0，包括：在步骤S3中关闭PWM波时开始计时，在计时达到设定的设定时间段时，确定电机线圈电流为0。

优选地，所述确定电机线圈电流为0，包括：利用电流检测电路检测电机线圈电流，并根据电流检测电路的检测结果确定电机线圈电流。

本发明实施例还提供了一种电机q轴电感的离线辨识系统，包括：微控制器、信号发生器、电流检测电路和计时器；其中，所述微控制器与所述信号发生器、所述电流检测电路和所述计时器分别连接；所述信号发生器、所述电流检测电路分别与外部电机连接；

所述微控制器，用于控制所述信号发生器的开启和关闭，以及向所述信号发生器发送所需输出PWM波的参数；用于控制所述电流检测电路对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并接收所述电流检测电路反馈的检测结果，以及获取每一次检测时所述计时器上对应的时间；以及用于根据检测结果和获取的时间，计算电机q轴电感；

所述信号发生器，用于根据所述微控制器的控制输出相应参数的PWM波，以及关闭输出PWM波；

电流检测电路，用于根据所述微控制器的控制对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并将检测结果发送给所述微控制器。

本发明实施例提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法及系统，根据电机控制模型可以确定出电机q轴电流与时间成指数关系，且包括电流的上升阶段和稳定阶段，因此通过确定出电流稳定后的流入电机U相的相电流，以及采集上升阶段的q轴当前电流和对应的时间，可以确定出电机q轴电感，无需将电机的q轴电感的参数存储在存储器中，不仅节降低了成本，还可以离线辨识出q轴电感实现对不同压缩机的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明一个实施例提供的一种方法流程图；

图2是本发明一个实施例提供的一种系统结构图；

图3是本发明一个实施例提供的另一种方法流程图；

图4是本发明一个实施例提供的一种坐标变换示意图；

图5是本发明一个实施例提供的q轴电感与运行时间的关系变化关系。

具体实施方式

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的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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤101：采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动；

步骤102：待电机相电流稳定后采集流入电机U相的相电流；

步骤103：采用PWM波控制电机转子转动到270度方向，等待电机稳定，关闭PWM波；

步骤104：在确定电机线圈电流为0时，再次采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动，在电流稳定前采集电机α轴上的电流和对应的时间，其中，该α轴上的电流为q轴当前电流；

步骤105：根据采集的q轴当前电流和对应的时间，以及U相的相电流，确定电机q轴电感。

在本发明上述实施例中，根据电机控制模型可以确定出电机q轴电流与时间成指数关系，且包括电流的上升阶段和稳定阶段，因此通过确定出电流稳定后的流入电机U相的相电流，以及采集上升阶段的q轴当前电流和对应的时间，可以确定出电机q轴电感，无需将电机的q轴电感的参数存储在存储器中，不仅节降低了成本，还可以离线辨识出q轴电感实现对不同压缩机的控制。

在确定电机q轴电感时，可以只在电流稳定前采集一次电机的q轴当前电流和对应的时间，并利用该一次电机的q轴当前电流和对应的时间以及U相相电流，来计算电机的q轴电感，而在采集时可能存在的误差会导致计算出的q轴电感有一定的误差，因此，在本发明一个实施例中，可以在步骤104中，在电流稳定前采集电机的n个q轴当前电流及每一个q轴当前电流对应的时间，其中，n为不小于2的整数；并在计算电机的q轴电感时，根据每一个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间，以及U相的相电流，计算电机对应的q轴当前电感；根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感。如此，可以提高计算出的q轴电感的辨识精度。

在本发明一个实施例中，为了计算出电机的q轴电感，可以采用平均值的方法，也可以采用最小二乘法。例如，采用平均值的方法来计算，可以通过下式实现：

其中，L_q用于表征电机q轴电感，L_q(i)用于表征电机第i个q轴当前电感。

在本发明一个实施例中，为了驱动电机转动，需要根据需要驱动电机转动的方向确定驱动其转动的有效矢量，而对应该有效矢量的PWM波，其占空比不同对电机转动的驱动效果也不同，例如，不同占空比的PWM波在驱动电机时，在电机转动到相应方向后，电流趋于稳定，若稳定电流过大会导致压缩机退磁；若稳定电流过小会导致无法实现对压缩机的驱动。因此，需要确定PWM波的占空比，使得所述U相的相电流的大小位于设定的电流范围内。如此，不仅可以实现有效驱动，还可以保证压缩机的使用寿命。

请参考图2，本发明一个实施例还提供了一种电机q轴电感的离线辨识系统，包括：微控制器201、信号发生器202、电流检测电路203和计时器204；其中，所述微控制器201与所述信号发生器202、所述电流检测电路203和所述计时器204分别连接；所述信号发生器202、所述电流检测电路203分别与外部电机连接；

所述微控制器201，用于控制所述信号发生器202的开启和关闭，以及向所述信号发生器202发送所需输出PWM波的参数；用于控制所述电流检测电路203对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并接收所述电流检测电路203反馈的检测结果，以及获取每一次检测时所述计时器204上对应的时间；以及用于根据检测结果和获取的时间，计算电机q轴电感；

所述信号发生器202，用于根据所述微控制器201的控制输出相应参数的PWM波，以及关闭输出PWM波；

电流检测电路203，用于根据所述微控制器201的控制对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并将检测结果发送给所述微控制器201。

在本发明上述实施例中，根据电机控制模型可以确定出电机q轴电流与时间成指数关系，且包括电流的上升阶段和稳定阶段，因此通过信号发生器输出PWM波实现对电机电子的转动，并利用电流检测电路确定出电流稳定后的U相的相电流，以及采集上升阶段的q轴当前电流；利用计时器进行计时；由微控制器实现对信号发生器、电流检测电路的控制，以及确定出电机q轴电感，如此，无需将电机的q轴电感的参数存储在存储器中，不仅节降低了成本，还可以离线辨识出q轴电感实现对不同压缩机的控制。

下面结合电机q轴电感的离线辨识系统，对本发明的电机q轴电感的离线辨识方法进行进一步的说明。

请参考图3，本发明实施例提供了一种电机q轴电感的离线辨识方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤301：确定出用于驱动电机转子转动的PWM波的参数。

为了驱动电机转动，需要根据需要驱动电机转动的方向确定驱动其转动的有效矢量，例如，为了确定电机的q轴电感，那么需要驱动电机转子转动到α轴方向，那么该有效矢量可以为V1(1,0,0)和零矢量V2(0,0,0)。

而对应该有效矢量的PWM波，其占空比不同对电机转动的驱动效果也不同，例如，不同占空比的PWM波在驱动电机时，在电机转动到相应方向后，电流趋于稳定，若稳定电流过大会导致压缩机退磁；若稳定电流过小会导致无法实现对压缩机的驱动。因此，需要确定PWM波的占空比，使得所述q轴稳定电流的大小位于设定的电流范围内。如此，不仅可以实现有效驱动，还可以保证压缩机的使用寿命。

步骤302：微控制器向信号发生器发送所需输出PWM波的参数以及开启指令，向计时器发送计时开启指令。

步骤303：信号发生器根据PWM波的参数向电机输出PWM波，驱动电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动。

请参考图4，为坐标变换示意图。根据图4可知，α轴方向即为0度方向。

其中，变频电机控制技术需要获知q轴电感的参数，这是由电机控制模型来决定的，该电机控制模型如下式(1)所示：

其中，V_q用于表征电机q轴电压；L_d用于表征电机d轴电感；ω用于表征电机当前运行角速度；I_d用于表征电机d轴电流；r用于表征电机的相电阻；I_q用于表征电机q轴电流；L_q用于表征电机q轴电感；t用于表征运行时间；K_E用于表征电机反电动势常数。

控制电机转子不动，那么此时ω＝0，那么根据式(1)得到如下式(2)：

对式(2)进行变换得到如下式(3)：

根据式(3)，当t→∞时，将式(3)进行变换得到步骤S2中电机U相的相电流I_U，该相电流I_U如下式(4)所示：

根据式(3)可知，q轴电感I_q与运行时间t的关系成指数变化关系，该变化关系如图5所示。其中，根据图5可知，q轴电流包括上升阶段和稳定阶段。

步骤304：待电流稳定后，微控制器向电流检测电路发送采集指令，电流检测电路采集U相的相电流。

根据式(3)可知，当t→∞时，将式(3)进行变换得到步骤102中电机U相的相电流I_U，该相电流I_U如下式(4)所示：

步骤305：电流检测电路将采集到的U相的相电流反馈给微控制器，微控制器向信号发生器发送另一PWM波的参数，信号发生器根据该参数输出对应的PWM波，以控制电机转子转动到270度方向，等待电机稳定，微控制器向信号发生器发送关闭信号，信号发生器关闭PWM波的输出，微控制器控制计时器清零。

步骤306：在关闭PWM波的输出之后等待一定的时间段，直到电机线圈的电流逐渐变化到0。

在本发明另一实施例中，还可以采用电流检测电路检测电机线圈电流，并根据电流检测电路的检测结果确定电机线圈电流。在电流检测电路检测到电机线圈电流为0时，则执行步骤307。

步骤307：微控制器向信号发生器发送所需输出PWM波的参数以及开启指令，向计时器发送计时开启指令，微控制器向电流检测电路发送采集指令，使得电流检测电路在电流稳定前采集电机的n个q轴当前电流，微控制器获取每一个q轴当前电流对应的时间。

若该步骤下微控制器向信号发生器发送的PWM波的参数与步骤302中不同，那么可能会导致最终确定的q轴电感存在误差，因此，为了提高q轴电感的辨识静度，该PWM波的参数与步骤302中发送的PWM波的参数相同。例如，占空比相同。

步骤308：信号发生器根据PWM波的参数向电机输出PWM波，驱动电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动。

步骤309：电流检测电路在电流稳定前采集电机的n个q轴当前电流，并反馈给微控制器。

其中，n为不小于2的整数。

步骤310：微控制器根据每一个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间，以及U相的相电流，计算电机对应的q轴当前电感；根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感。

其中，根据式(3)和式(4)，得到如下所述q轴当前电流与所述相电流I_U的关系，如下式(5)所示：

利用式(5)，根据采集的q轴当前电流和对应的时间t，以及所述相电流I_U，计算出电机q轴电感L_q。

为了提高准确度，可以利用计算出来的n个q轴当前电感，使用平均值方法或最小二乘法计算出电机q轴电感L_q。

本发明实施例以使用平均值方法为例进行说明，可以利用下式(6)计算出电机q轴电感：

其中，L_q用于表征电机q轴电感，L_q(i)用于表征电机第i个q轴当前电感。

在本发明实施例中，为了便于计算，根据式(5)，可以令那么e^-m＝M(0＜M＜1)，所以I_q＝(1-M)I_U，采样的q轴当前电流，并且记录当q轴当前电流为相电流I_U的(1-M)倍时的时间t，则当m取不同的值时，得到的L_q值不一样，经过多次实验，确定当m＝0.55、e^-0.55＝0.576时，即当I_q＝0.424I_U时，辨识出来的q轴电感与真实的q轴电感误差最小。

综上，本发明各个实施例至少可以实现如下有益效果：

1、在本发明实施例中，根据电机控制模型可以确定出电机q轴电流与时间成指数关系，且包括电流的上升阶段和稳定阶段，因此通过确定出电流稳定后的流入电机U相的相电流，以及采集上升阶段的q轴当前电流和对应的时间，可以确定出电机q轴电感，无需将电机的q轴电感的参数存储在存储器中，不仅节降低了成本，还可以离线辨识出q轴电感实现对不同压缩机的控制。

2、在本发明实施例中，通过在电流上升阶段采集多个q轴当前电流，并计算出n个q轴当前电感，以及利用利用n个q轴当前电感求平均值，将平均值确定为q轴电感，从而可以保证q轴电感的辨识精度。

3、在本发明实施例中，通过预先确定PWM波对应的占空比，可以保证在驱动电机电子转动到相应方向后，U相的相电流的大小位于设定的电流范围内，不仅可以实现有效驱动，还可以保证压缩机的使用寿命。

上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机q轴电感的离线辨识方法，其特征在于，包括：

S1：采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动；

S2：待电机相电流稳定后采集流入电机U相的相电流；

S3：采用PWM波控制电机转子转动到270度方向，等待电机稳定，关闭PWM波；

S4：在确定电机线圈电流为0时，再次采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向，并控制电机转子不动，在电流稳定前采集电机α轴上的电流和对应的时间，其中，该α轴上的电流为q轴当前电流；

S5：根据采集的q轴当前电流和对应的时间，以及U相的相电流，确定电机q轴电感。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5，包括：

根据电机控制模型为如下式(1)所示：

其中，V_q用于表征电机q轴电压；L_d用于表征电机d轴电感；ω用于表征电机当前运行角速度；I_d用于表征电机d轴电流；r用于表征电机的相电阻；I_q用于表征电机q轴电流；L_q用于表征电机q轴电感；t用于表征运行时间；K_E用于表征电机反电动势常数；

在步骤S1中，控制电机转子不动，此时ω＝0，那么根据式(1)得到如下式(2)：

对式(2)进行变换得到如下式(3)：

根据式(3)，当t→∞时，将式(3)进行变换得到步骤S2中电机U相的相电流I_U，该相电流I_U如下式(4)所示：

根据式(3)和式(4)，得到如下所述q轴当前电流与所述相电流I_U的关系，如下式(5)所示：

利用式(5)，根据采集的q轴当前电流和对应的时间t，以及所述相电流I_U，计算出电机q轴电感L_q。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

进一步包括：在步骤S4中，在电流稳定前采集电机的n个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间；其中，n为不小于2的整数；

所述S5，包括：根据每一个q轴当前电流以及每一个q轴当前电流对应的时间，以及U相的相电流，计算电机对应的q轴当前电感；根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据n个q轴当前电感确定出电机q轴电感，包括：利用下式(6)计算出电机q轴电感：

其中，L_q用于表征电机q轴电感，L_q(i)用于表征电机第i个q轴当前电感。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采用PWM波控制电机转子转动到固定坐标轴α轴方向之前，进一步包括：确定PWM波的占空比，使得所述电机U相的相电流的大小位于设定的电流范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中采用的PWM波的占空比与步骤S4中采用的PWM波的占空比相同。

7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，所述确定电机线圈电流为0，包括：在步骤S3中关闭PWM波时开始计时，在计时达到设定的设定时间段时，确定电机线圈电流为0。

8.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，所述确定电机线圈电流为0，包括：利用电流检测电路检测电机线圈电流，并根据电流检测电路的检测结果确定电机线圈电流。

9.一种电机q轴电感的离线辨识系统，其特征在于，包括：微控制器、信号发生器、电流检测电路和计时器；其中，所述微控制器与所述信号发生器、所述电流检测电路和所述计时器分别连接；所述信号发生器、所述电流检测电路分别与外部电机连接；

所述微控制器，用于控制所述信号发生器的开启和关闭，以及向所述信号发生器发送所需输出PWM波的参数；用于控制所述电流检测电路对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并接收所述电流检测电路反馈的检测结果，以及获取每一次检测时所述计时器上对应的时间；以及用于根据检测结果和获取的时间，计算电机q轴电感；

所述信号发生器，用于根据所述微控制器的控制输出相应参数的PWM波，以及关闭输出PWM波；

电流检测电路，用于根据所述微控制器的控制对电机U相的相电流进行检测以及对α轴上的电流进行检测，并将检测结果发送给所述微控制器。