CN108667376A - 永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统，包括：1)指令电压设定部：设定d、q轴对应指令电压，使得电机在额定转速附近运行；2)d、q轴对应电流i_d和i_q计算部：通过采集三相电流霍尔传感器的值i_a,i_b,i_c，计算出对应d、q轴对应电流i_d和i_q；3)伺服电机电角速度计算部：通过检测伺服电机在采用时间内的角度变化，计算出对应的角速度，并根据伺服电机的极对数计算出对应的电角速度；4)电机电气参数自动辨识部：辨识出对应电机的所有相关电气参数。本发明能快速识别出电机的所有相关电气参数，识别过程通过设定电压让电机工作在额定转速附近，可测得比较准确的电流和转速，保证电机电气参数的识别精度。

Description

永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统

技术领域

本发明涉及伺服电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、响应快、功率高等优势，在新能源汽车、数控机床以及机器人等设备得到广泛的应用。目前，市场上现有的永磁同步电机控制系统(或者驱动器)一般都是采用矢量控制方法或者直接转矩控制算法。这些方法的高性能控制直接依赖于永磁同步电机的电气参数。欧美等先进国家的电机供应商都是提供整体的控制系统，即电机与其驱动器是整套打包销售。这种模式的优势在于能准确设计电机的电气参数，并根据其参数设计对应的高性能控制算法。随着分工的不断细化以及我国的国情发展，出现了很多单独生产电机或者电机驱动器的厂家。因此，如何适应不同厂家生产电机的参数，进而获得高性能的控制，急需解决的问题。

专利文献CN103066913B公开了一种伺服电机参数识别系统及方法。该方法根据永磁同步电机的等效方程，外部输入一个较小的电流矢量，并保持电机在静止状态，通过采集此时的电机电流来计算出对应的电机参数。

上述公开专利文献提供的方法存在以下的问题：

1)专利文献提供方法要求电机控制器输入一个电流指令，但要保证电机处于静止状态。然而电机在不转的情况下，三相电流非常小，电流波形会出现畸变；此外，功率器件IGBT或者IPM的高频开关作用产生的谐波会干扰电流。因此，检测出来的电流值存在较多噪声，通过被“污染”的检测电流值来计算电机的参数，存在较大的误差。

2)专利文件只提供计算电机部分参数的方法，如电阻R、电感Ld和Lq，缺乏电机磁链等参数的辨识，还不足于满足电机高性能控制的所有参数要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统，该方法及系统利用电机在额定转速附近的电流和转速的优异性能，自动辨识出电机所有相关的电气参数。

为实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，包括以下步骤：

1)电机参数辨识，设定电压；

2)计算伺服电机d、q轴电流i_d和i_q；

3)计算伺服电机的电角速度ω_e；

4)辨识伺服电机电气参数。

进一步地，所述步骤1)具体为：

③电机参数辨识，电机在dq坐标系上的等价方程如下：

其中，i_d、i_q--定子电流d、q轴分量；u_d、u_q--定子电压d、q轴分量；ψ_d、ψ_q--定子磁链d、q轴分量；ω_e--电机电角速度；R_s--定子电阻；L_d、L_q是d、q轴电感分量；ψ_f是转子磁链；是微分算子；

如果电机在常规空载状态下运行，则有

把上述式(2)代入式(1)，可得：

④电压指令设定：

根据上述式(3)，令：

如上式(4)所示，x是让电机工作在额定转速的电压值，根据不同的电机选择对应的电压值。通过设定不同的x值，使得电机在不同的速度运行。

进一步地，所述步骤2)具体为：

采用以下的矩阵变换：

经过上述两式的变换，则可以根据三相电流霍尔传感器检测出的三相电流i_a,i_b,i_c的值计算出对应伺服电机d、q轴电流i_d和i_q。

进一步地，所述步骤3)具体为：

根据安装伺服电机的编码器可以检测到伺服电机的实时运行角度θ，则可以根据下式计算伺服电机的角速度ω：

其中，T为采样周期，Δθ为采样周期的电机角度变化值；

根据下式，则可以计算出伺服电机的电角速度ω_e

其中，p是电机极对数。

进一步地，所述步骤4)具体为：

把权利要求2的式(4)代入式(3)，得：

因此，则可以解上述式(9)的方程即可得出对应的电机参数；

具体实施步骤如下：

按照权利要求2的式1)电压指令设定两组电压参数：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)；

根据电压指令，并采用权利要求2的式2)计算对应两组电流：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(i_d1,i_q1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(i_d1,i_q1)；

同时，采用权利要求2的式3)所述计算出对应两组电机速度：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(ω_e1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(ω_e2)；

把上述步骤所得参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(10)，即可以得出电机电气参数：R_s和L_q；

再根据上述已知参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(11)，即可以得出电机电气参数：ψ_f和L_d；

通过解方程(10)和(11)，则可以计算出电机的所有相关电气参数：

电阻R_s，d、q轴有效电感L_d和L_q以及磁链ψ_f。

一种永磁同步电机电气参数自动识别系统，其特征在于，包括：

1)指令电压设定部：设定d、q轴对应指令电压，使得电机在额定转速附近运行；

2)d、q轴对应电流i_d和i_q计算部：通过采集三相电流霍尔传感器的值i_a,i_b,i_c，计算出对应d、q轴对应电流i_d和i_q；

3)伺服电机电角速度计算部：通过检测伺服电机在采用时间内的角度变化，计算出对应的角速度，并根据伺服电机的极对数计算出对应的电角速度；

4)电机电气参数自动辨识部：辨识出对应电机的所有相关电气参数。

本发明的有益效果是：

1)能快速识别出电机的所有相关电气参数；

2)识别过程通过设定电压让电机工作在额定转速附近，可以测得比较准确的电流和转速，保证电机电气参数的识别精度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

本发明的一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，包括以下步骤：

1)电机参数辨识，设定电压；

2)计算伺服电机d、q轴电流i_d和i_q；

3)计算伺服电机的电角速度ω_e；

4)辨识伺服电机电气参数。

本实施例中，所述步骤1)具体为：

①电机参数辨识，电机在dq坐标系上的等价方程如下：

其中，i_d、i_q--定子电流d、q轴分量；u_d、u_q--定子电压d、q轴分量；ψ_d、ψ_q--定子磁链d、q轴分量；ω_e--电机电角速度；R_s--定子电阻；L_d、L_q是d、q轴电感分量；ψ_f是转子磁链；是微分算子；

如果电机在常规空载状态下运行，则有

把上述式(2)代入式(1)，可得：

②电压指令设定：

根据上述式(3)，令：

如上式(4)所示，x是让电机工作在额定转速的电压值，根据不同的电机选择对应的电压值。通过设定不同的x值，使得电机在不同的速度运行。

本实施例中，所述步骤2)具体为：

采用以下的矩阵变换：

经过上述两式的变换，则可以根据三相电流霍尔传感器检测出的三相电流i_a,i_b,i_c的值计算出对应伺服电机d、q轴电流i_d和i_q。

本实施例中，所述步骤3)具体为：

根据安装伺服电机的编码器可以检测到伺服电机的实时运行角度θ，则可以根据下式计算伺服电机的角速度ω：

其中，T为采样周期，Δθ为采样周期的电机角度变化值；

根据下式，则可以计算出伺服电机的电角速度ω_e

其中，p是电机极对数。

本实施例中，所述步骤4)具体为：

把权利要求2的式(4)代入式(3)，得：

因此，则可以解上述式(9)的方程即可得出对应的电机参数；

具体实施步骤如下：

按照权利要求2的式1)电压指令设定两组电压参数：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)；

根据电压指令，并采用权利要求2的式2)计算对应两组电流：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(i_d1,i_q1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(i_d1,i_q1)；

同时，采用权利要求2的式3)所述计算出对应两组电机速度：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(ω_e1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(ω_e2)；

把上述步骤所得参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(10)，即可以得出电机电气参数：R_s和L_q；

再根据上述已知参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(11)，即可以得出电机电气参数：ψ_f和L_d；

通过解方程(10)和(11)，则可以计算出电机的所有相关电气参数：

电阻R_s，d、q轴有效电感L_d和L_q以及磁链ψ_f。

为实现上述所提出的方法，本发明还提供了对应的系统，具体包括以下部分：

1)指令电压设定部：设定d、q轴对应指令电压，使得电机在额定转速附近运行。通过上述提供方法的步骤1)中描述的x改变电机的指令电压，以获得不同的运行速度。特别地，第一次电压指令x₁使得电机运行在额定转速附近，第二次电压指令电压x₂，可以使得电机运行速度下降10％-20％。

2)d、q轴对应电流i_d和i_q计算部：通过采集三相电流霍尔传感器的值i_a,i_b,i_c，根据上述提出方法的步骤2)部分所述矩阵变换计算出对应d、q轴对应电流i_d和i_q。

3)伺服电机电角速度计算部：通过检测伺服电机在采用时间内的角度变化，计算出对应的角速度，并根据伺服电机的极对数计算出对应的电角速度。具体实现如上述提出方法的步骤3)部分所述。

4)电机电气参数自动辨识部：通过上述提供方法的步骤4)部分辨识出对应电机的所有相关电气参数。

通过本发明提出的永磁同步电机电气参数自动识别方法及系统，能达到以下的效果：

1)能快速识别出电机的所有相关电气参数；

2)识别过程通过设定电压让电机工作在额定转速附近，可以测得比较准确的电流和转速，保证电机电气参数的识别精度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)电机参数辨识，设定电压；

2)计算伺服电机d、q轴电流i_d和i_q；

3)计算伺服电机的电角速度ω_e；

4)辨识伺服电机电气参数。

2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：

①电机参数辨识，电机在dq坐标系上的等价方程如下：

其中，i_d、i_q--定子电流d、q轴分量；u_d、u_q--定子电压d、q轴分量；ψ_d、ψ_q--定子磁链d、q轴分量；ω_e--电机电角速度；R_s--定子电阻；L_d、L_q是d、q轴电感分量；ψ_f是转子磁链；是微分算子；

如果电机在常规空载状态下运行，则有

把上述式(2)代入式(1)，可得：

②电压指令设定：

根据上述式(3)，令：

如上式(4)所示，x是让电机工作在额定转速的电压值，根据不同的电机选择对应的电压值。通过设定不同的x值，使得电机在不同的速度运行。

3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：

采用以下的矩阵变换：

经过上述两式的变换，则可以根据三相电流霍尔传感器检测出的三相电流i_a,i_b,i_c的值计算出对应伺服电机d、q轴电流i_d和i_q。

4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，其特征在于,所述步骤3)具体为：

根据安装伺服电机的编码器可以检测到伺服电机的实时运行角度θ，则可以根据下式计算伺服电机的角速度ω：

其中，T为采样周期，Δθ为采样周期的电机角度变化值；

根据下式，则可以计算出伺服电机的电角速度ω_e

其中，p是电机极对数。

5.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电气参数自动识别方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：

把权利要求2的式(4)代入式(3)，得：

因此，则可以解上述式(9)的方程即可得出对应的电机参数；

具体实施步骤如下：

按照权利要求2的式1)电压指令设定两组电压参数：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)；

根据电压指令，并采用权利要求2的式2)计算对应两组电流：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(i_d1,i_q1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(i_d1,i_q1)；

同时，采用权利要求2的式3)所述计算出对应两组电机速度：

(u_d,u_q)＝(0,x₁)＝>(ω_e1)；

(u_d,u_q)＝(0,x₂)＝>(ω_e2)；

把上述步骤所得参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(10)，即可以得出电机电气参数：R_s和L_q；

再根据上述已知参数代入式(9)，得出方程：

通过解上述方程(11)，即可以得出电机电气参数：ψ_f和L_d；

通过解方程(10)和(11)，则可以计算出电机的所有相关电气参数：

电阻R_s，d、q轴有效电感L_d和L_q以及磁链ψ_f。

6.一种永磁同步电机电气参数自动识别系统，其特征在于，包括：

1)指令电压设定部：设定d、q轴对应指令电压，使得电机在额定转速附近运行；

2)d、q轴对应电流i_d和i_q计算部：通过采集三相电流霍尔传感器的值i_a,i_b,i_c，计算出对应d、q轴对应电流i_d和i_q；

3)伺服电机电角速度计算部：通过检测伺服电机在采用时间内的角度变化，计算出对应的角速度，并根据伺服电机的极对数计算出对应的电角速度；

4)电机电气参数自动辨识部：辨识出对应电机的所有相关电气参数。