CN107994812B - 一种电感参数在线辨识方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电感参数在线辨识方法及装置，涉及永磁同步电机驱动系统技术领域。该方法及装置通过向一电机注入预设定的正弦电压信号，并获取输入至该电机的电流，接着基于预建立的傅里叶分解模型从该电流中提取基波分量幅值，从而依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数；由于是根据电压矢量平衡原理计算最终电感参数，从而避免了电机转速等其他因素的影响，提高了最终电感参数的计算精度，进一步地，由于电感参数的精确度提高，通过将电感参数提供给电机的控制模块做出修正，可实现对电机的精确控制，避免了电机运行过程中由于参数漂移带来的控制精度下降的问题。

Description

一种电感参数在线辨识方法及装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机驱动系统技术领域，特别涉及一种电感参数在线辨识方法及装置。

背景技术

永磁同步电机驱动系统因其效率高、能量密度大，调速性能好得到广泛应用。但是永磁同步电机对驱动系统要求较高，当驱动系统参数与电机实际参数有偏差时，电机的驱动性能下降、效率降低，严重时可能导致调速系统无法正常运行。电感参数是电机的重要参数之一，辨识电感参数对提升驱动系统性能很关键。

在现有技术中，辨识电感参数大多需要采用电机转速等参数，而电机转速等参数的精度很难保证，导致计算的电感参数存在较大偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电感参数在线辨识方法及装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种电感参数在线辨识方法，所述电感参数在线辨识方法包括：

向一电机注入预设定的正弦电压信号；

获取输入至所述电机的电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值；

依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数。

进一步地，所述正弦电压信号包括第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号，所述电流为输入至所述电机的相电流，所述基波分量幅值包括交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述向一电机注入预设定的正弦电压信号的步骤包括：

向所述电机的交轴方向以及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号；

所述基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值的步骤包括：

基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算电感参数的步骤包括：

依据所述交轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算交轴电感参数；

依据所述直轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算直轴电感参数。

进一步地，所述基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值的步骤包括：

依据所述相电流确定交轴电流以及直轴电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述交轴电流中提取交轴基波分量幅值；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述直轴电流中提取直轴基波分量幅值。

进一步地，所述预设定的电压方程式为：

其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_r为预设定的正弦电压信号的频率。

进一步地，所述电感参数在线辨识方法还包括：

在预设时间内分多次向所述电机注入预设定的第三正弦电压信号；

分别获取每次注入所述第三正弦电压信号时的输入至所述电机的电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从每个所述电流中提取基波分量幅值；

依据每个所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算多个初始电感参数；

依据多个所述初始电感参数计算最终电感参数。

第二方面，本发明还提供了一种电感参数在线辨识装置，所述电感参数在线辨识装置包括：

电压信号注入单元，用于向一电机注入预设定的正弦电压信号；

参数获取单元，用于获取输入至所述电机的电流；

提取单元，用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值；

计算单元，用于依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数。

进一步地，所述正弦电压信号包括第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号，所述电流为输入至所述电机的相电流，所述基波分量幅值包括交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述电压信号注入单元用于所述向所述电机的交轴电压以及直轴电压分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号；

所述提取单元用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述计算单元用于依据所述交轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算交轴电感参数；

所述计算单元还用于依据所述直轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算直轴电感参数。

进一步地，所述提取单元用于依据所述相电流确定交轴电流以及直轴电流；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述交轴电流中提取交轴基波分量幅值；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述直轴电流中提取直轴基波分量幅值。

进一步地，所述预设定的电压方程式为：其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_r为预设定的正弦电压信号的频率。

进一步地，所述电压信号注入单元还用于在预设时间内分多次向所述电机注入预设定的第三正弦电压信号；

所述参数获取单元还用于分别获取每次注入所述第三正弦电压信号时的输入至所述电机的电流；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从每个所述电流中提取基波分量幅值；

所述计算单元还用于依据每个所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算多个初始电感参数；

所述计算单元还用于依据多个所述初始电感参数计算最终电感参数。

本发明实施例提供的电感参数在线辨识方法及装置，通过向一电机注入预设定的正弦电压信号，并获取输入至该电机的电流，接着基于预建立的傅里叶分解模型从该电流中提取基波分量幅值，从而依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数；由于是根据电压矢量平衡原理计算最终电感参数，从而避免了电机转速等其他因素的影响，提高了最终电感参数的计算精度，进一步地，由于电感参数的精确度提高，通过将电感参数提供给电机的控制模块做出修正，可实现对电机的精确控制，避免了电机运行过程中由于参数漂移带来的控制精度下降的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的电机驱动系统的电路结构框图。

图2为本发明实施例提供的电机驱动系统的电路图。

图3为本发明第一实施例提供的电感参数在线辨识方法的流程图。

图4为图3中步骤S303的具体流程图。

图5为本发明第二实施例提供的电感参数在线辨识方法的流程图。

图6为本发明第三实施例提供的电感参数在线辨识装置的功能模块图。

图标：100-电机驱动系统；110-参数采集模块；120-驱动模块；130-电机；140-脉宽调制模块；150-控制模块；200-电感参数在线辨识装置；210-电压信号注入单元；220-参数获取单元；230-提取单元；240-计算单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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。

本发明提供了该电机驱动系统100，用于驱动电机130运行，并调节电机130的运行速度。请参阅图1，为本发明实施例提供的电机驱动系统100的电路结构框图。该电机驱动系统100包括参数采集模块110、驱动模块120、脉宽调制模块140、控制模块150以及电机130。驱动模块120与参数采集模块110、脉宽调制模块140以及电机130均电连接，控制模块150与参数采集模块110以及脉宽调制模块140均电连接。

其中，参数采集模块110用于采集输入至电机130的电流。

请参阅图2，本发明实施例提供的电机驱动系统100的电路图。电机驱动系统100包括电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路。其中，电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路依次电连接，逆变电路与控制模块150电连接。

其中，电源电路为电路提供交流电；整流电路用于将交流电变换为直流电；升压电路用于调整直流母线电容的电压值；直流母线电容用于过滤经整流电路整流后仍然存在的交流电；逆变电路与控制模块150电连接，用于在脉宽调制信号的控制下，输出电压至电机130，实现对电机130的控制。

控制模块150用于向电机130注入预设定的正弦电压信号，并获取参数采集模块110采集并传输的电流，接着基于预建立的傅里叶分解模型从电流中提取基波分量幅值，从而依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数，并利用最终电感参数对电机130的控制参数做出修正，以生成脉宽调制信号。

脉宽调制模块140用于响应脉宽调制信号而通过调整逆变电路的导通状态实现对电机130三相电压的控制。

第一实施例

本发明实施例提供了一种电感参数在线辨识方法，应用于电机驱动系统100，用于实时辨识电感参数，以修正电机130的控制参数，从而实现对电机130的精确控制。请参阅图3，为本发明实施例提供的电感参数在线辨识方法的流程图。该电感参数在线辨识方法包括：

步骤S301：向一电机130注入预设定的正弦电压信号。

需要说明的是，预设定的正弦电压信号通过其频率及幅值决定。即向电机130注入频率为ω_{r_set}、幅值为U_set的正弦电压信号以改变电机130当前的电压。

在一种优选的实施例中，电机130为永磁同步电机。向永磁同步电机的交轴方向及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号。

通过向永磁同步电机的交轴方向及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号可以改变永磁同步电机交轴方向的电压值以及直轴方向的电压值。

则，u_q＝u_{q_0}+U_{q_set}cos(ωt)；u_d＝u_{d_0}+U_{d_set}cos(ωt)；

其中，u_q为交轴电压，u_{q_0}为交轴原本的电压值，U_{q_set}cos(ωt)为注入的预设定的第一正弦电压信号，u_d为直轴电压，u_{d_0}为直轴原本的电压值，U_{d_set}cos(ωt)为注入的预设定的第二正弦电压信号。

此外，第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号可以相同也可以不同，在此不对其不做具体限制。

其中，第一正弦电压信号的频率为ω_{r_set}、幅值为U_{q_set}，第二正弦电压信号的频率为ω_{r_set}、幅值为U_{d_set}。

步骤S302：获取输入至电机130的电流。

可以理解地，当电机130为永磁同步电机时，该电流即为输入至电机130的相电流，且相电流包括u相电流i_u以及v相电流i_v。

步骤S303：基于预建立的傅里叶分解模型从电流中提取基波分量值。

其中，基波分量值为注入预设定的正弦电压信号而产生的响应，基波分量值为：

i_base＝FFT(i)

当电机130为永磁同步电机时，需要从相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值，请参阅图4，为步骤S303的具体流程图。

子步骤S3031：依据相电流确定交轴电流以及直轴电流。

首先通过u相电流i_u以及v相电流i_v计算w相电流i_w：

i_w＝-i_u-i_v

接着通过u相电流i_u、v相电流i_v以及w相电流i_w计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

i_α＝i_u

则交轴电流的计算公式为：

i_q＝i_βcosθ-i_αsinθ

直轴电流的计算公式为：

i_d＝i_αcosθ+i_βsinθ

子步骤S3032：基于预建立的傅里叶分解模型从交轴电流中提取交轴基波分量幅值。

i_{q_base}＝FFT(i_q)

子步骤S3032：基于预建立的傅里叶分解模型从直轴电流中提取直轴基波分量幅值。

i_{d_base}＝FFT(i_d)

步骤S304：依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最幅终电感参数。

具体地，预设定的电压方程式为：

其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_{r_set}为预设定的正弦电压信号的频率。

步骤S304还包括：依据交轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算交轴电感参数；依据直轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算直轴电感参数。

具体地，

其中，L_q为交轴电感参数，L_d为直轴电感参数。

第二实施例

请参阅图5，图5为本发明较佳实施例提供的一种电感参数在线辨识方法的流程图。需要说明的是，本实施例所提供的电感参数在线辨识方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。本发明实施例提供的电感参数在线辨识方法包括：

步骤S501：在预设时间内分多次向电机130注入预设定的第三正弦电压信号。

需要说明的是，每次注入的预设定的第三正弦电压信号，可以相同也可以不同，在此不做具体限制。

此外，需要对永磁同步电机的交轴电感参数以及直轴电感参数进行识别时，便在预设时间内分多次向永磁同步电机的交轴方向及直轴方向注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号。

步骤S502：分别获取每次注入第三正弦电压信号时的输入至电机130的电流。

相应地，获取并记录每次注入第三正弦电压信号时电流，作为确定电感参数的基础。

步骤S503：基于预建立的傅里叶分解模型从每个电流中提取基波分量幅值。

可以获取响应每次向电机130注入预设定的第三正弦电压信号而产生的基波分量幅值。

步骤S504：依据每个基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算多个初始电感参数。

可以理解地，可以计算出多个初始电感参数，并将多个初始电感参数记为L₁、L₂、……L_N。

步骤S505：依据多个初始电感参数计算最终电感参数。

从而，

其中，N为初始电感参数的个数。

相应地，交轴电感参数为：

直轴电感参数为：

本发明实施例通过计算多个初始电感参数，并以多个初始电感参数的平均值作为最终电感参数，增加了最终电感参数的准确率。

第三实施例

请参阅图6，图6为本发明较佳实施例提供的一种电感参数在线辨识装置200的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的电感参数在线辨识装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。本发明实施例提供的电感参数在线辨识装置200包括：电压信号注入单元210、参数获取单元220、提取单元230以及计算单元240。

其中，电压信号注入单元210用于向一电机130注入预设定的正弦电压信号。

在一种优选的实施例中，电机130为永磁同步电机。电压信号注入单元210还用于向永磁同步电机的交轴方向及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号。

可以理解地，在一种优选的实施例中，电压信号注入单元210可用于执行步骤S301。

参数获取单元220用于获取输入至电机130的电流。

需要说明的是，当电机130为永磁同步电机时，该电流即为输入至永磁同步电机的相电流，且相电流包括u相电流i_u以及v相电流i_v。

可以理解地，在一种优选的实施例中，参数获取单元220可用于执行步骤S302。

提取单元230用于基于预建立的傅里叶分解模型从电流中提取基波分量值。

其中，基波分量值为注入预设定的正弦电压信号而产生的响应，基波分量值为：

i_base＝FFT(i)

当电机130为永磁同步电机时，需要从相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值，请参阅图4，为步骤S303的具体流程图。

此外，当电机130为永磁同步电机时，需要从相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值，因而提取单元230还用于依据相电流确定交轴电流以及直轴电流；还用于基于预建立的傅里叶分解模型从交轴电流中提取交轴基波分量幅值；还用于依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最幅终电感参数。

可以理解地，在一种优选的实施例中，提取单元230可用于执行步骤S303、子步骤S3031、子步骤S3032以及子步骤S3033。

计算单元240用于依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最幅终电感参数。

具体地，预设定的电压方程式为：

其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_{r_set}为预设定的正弦电压信号的频率。

可以理解地，在一种优选的实施例中，计算单元240可用于执行步骤S304。

综上所述，本发明实施例提供的电感参数在线辨识方法及装置，通过向一电机注入预设定的正弦电压信号，并获取输入至该电机的电流，接着基于预建立的傅里叶分解模型从该电流中提取基波分量幅值，从而依据基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数；由于是根据电压矢量平衡原理计算最终电感参数，从而避免了电机转速等其他因素的影响，提高了最终电感参数的计算精度，进一步地，由于电感参数的精确度提高，通过将电感参数提供给电机的控制模块做出修正，可实现对电机的精确控制，避免了电机运行过程中由于参数漂移带来的控制精度下降的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (8)

1.一种电感参数在线辨识方法，其特征在于，所述电感参数在线辨识方法包括：

向一电机注入预设定的正弦电压信号；

获取输入至所述电机的电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值；

依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数，其中，所述预设定的电压方程式为：

其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_r为预设定的正弦电压信号的频率。

2.根据权利要求1所述的电感参数在线辨识方法，其特征在于，所述正弦电压信号包括第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号，所述电流为输入至所述电机的相电流，所述基波分量幅值包括交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述向一电机注入预设定的正弦电压信号的步骤包括：

向所述电机的交轴方向以及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号；

所述基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值的步骤包括：

基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算电感参数的步骤包括：

依据所述交轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算交轴电感参数；

依据所述直轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算直轴电感参数。

3.根据权利要求2所述的电感参数在线辨识方法，其特征在于，所述基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值的步骤包括：

依据所述相电流确定交轴电流以及直轴电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述交轴电流中提取交轴基波分量幅值；

基于预建立的傅里叶分解模型从所述直轴电流中提取直轴基波分量幅值。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电感参数在线辨识方法，其特征在于，所述电感参数在线辨识方法还包括：

在预设时间内分多次向所述电机注入预设定的第三正弦电压信号；

分别获取每次注入所述第三正弦电压信号时的输入至所述电机的电流；

基于预建立的傅里叶分解模型从每个所述电流中提取基波分量幅值；

依据每个所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算多个初始电感参数；

依据多个所述初始电感参数计算最终电感参数。

5.一种电感参数在线辨识装置，其特征在于，所述电感参数在线辨识装置包括：

电压信号注入单元，用于向一电机注入预设定的正弦电压信号；

参数获取单元，用于获取输入至所述电机的电流；

提取单元，用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述电流中提取基波分量幅值；

计算单元，用于依据所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算最终电感参数，其中，所述预设定的电压方程式为：

其中，L为电感参数，U_set为预设定的正弦电压信号的幅值，I_base为基波分量幅值，R_s为预设定的电阻参数，ω_r为预设定的正弦电压信号的频率。

6.根据权利要求5所述的电感参数在线辨识装置，其特征在于，所述正弦电压信号包括第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号，所述电流为输入至所述电机的相电流，所述基波分量幅值包括交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述电压信号注入单元用于向所述电机的交轴方向以及直轴方向分别注入预设定的第一正弦电压信号以及第二正弦电压信号；

所述提取单元用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述相电流中提取交轴基波分量幅值以及直轴基波分量幅值；

所述计算单元用于依据所述交轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算交轴电感参数；

所述计算单元还用于依据所述直轴基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算直轴电感参数。

7.根据权利要求6所述的电感参数在线辨识装置，其特征在于，所述提取单元用于依据所述相电流确定交轴电流以及直轴电流；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述交轴电流中提取交轴基波分量幅值；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从所述直轴电流中提取直轴基波分量幅值。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的电感参数在线辨识装置，其特征在于，所述电压信号注入单元还用于在预设时间内分多次向所述电机注入预设定的第三正弦电压信号；

所述参数获取单元还用于分别获取每次注入所述第三正弦电压信号时的输入至所述电机的电流；

所述提取单元还用于基于预建立的傅里叶分解模型从每个所述电流中提取基波分量幅值；

所述计算单元还用于依据每个所述基波分量幅值以及预设定的电压方程式计算多个初始电感参数；

所述计算单元还用于依据多个所述初始电感参数计算最终电感参数。

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