CN109873587B - 一种永磁同步电机多参数自动辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，通过上位机向永磁同步电机的电机驱动器输入永磁同步电机的基本参数，然后上位机控制电机驱动器运行在开环控制模式下，同时永磁同步电机处于空载状况下，上位机控制电机驱动器依次对永磁同步电机的交轴电感、直轴电感、电机零位、定子电阻、电机磁链进行多次辨识，得到各个参数的总体相对偏差作差，最后判断总体相对偏差是否满足收敛，如果收敛，则自动辨识完成；这样克服了通常设计方法中存在的效率低、通用性差的问题，本方法拥有不需要使用额外的辅助工具，操作简洁、辨识精度高等特点。

Description

一种永磁同步电机多参数自动辨识方法

技术领域

本发明属于永磁同步电机参数辨识技术领域，更为具体地讲，涉及一种永磁同步电机多参数自动辨识方法。

背景技术

永磁同步电机是一个多变量、高阶、非线性、强耦合的被控对象，当应用于电动汽车上时，基本采用矢量控制策略。矢量控制策略若想获得良好的控制效果，则依赖于精确的电机参数，如电机零位、定子电阻、磁链、交直轴电感。传统测量方法则需要很多辅助仪器进行测量，操作麻烦且可能因为测量人员造成误差。

近些年来，出现了很多永磁同步电机参数辨识的方法，如基于电机的稳态数学模型、卡尔曼滤波等方法，但是辨识的参数并不全面，或只运用了单一的算法开展探索性的研究，没有形成精确度高、能在试验现场直接使用、能自动对试验原始数据进行处理和参数自动辨识的软件，不利于参数辨识及仿真校核工作的快速、准确地进行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，以解决现有单一参数辨识方法精确度不高、操作繁琐，且不利于参数辨识及仿真校核工作快速、准确进行的问题。

为实现上述发明目的，本发明一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、通过上位机向永磁同步电机的电机驱动器输入永磁同步电机的基本参数；

(2)、上位机控制电机驱动器运行在开环控制模式下，同时永磁同步电机处于空载状况下时；上位机控制电机驱动器依次对永磁同步电机的交轴电感、直轴电感、电机零位、定子电阻、电机磁链进行初次辨识，再将各参数的辨识结果记为L_q、L_d、θ、R_s和

并发送至上位机；

(3)、重复上述步骤(2)，上位机记录下当前n次辨识结果L_q1,L_q2,…,L_qn、L_d1,L_d2,…,L_dn、θ₁,θ₂,…,θ_n、R_s1,R_s2,…,R_sn和

(4)、计算各参数的辨识结果的算术平均值，记为

和

其中，x_i表示某一参数在第i次的辨识结果；

表示某一参数的辨识结果的算术平均值；

(5)、计算各参数的辨识结果的平均偏差，记为

和

其中，

表示某一参数的辨识结果的平均偏差；

(6)、计算各参数的辨识结果的相对平均偏差，记为

r_θ、r_R和

其中，r表示某一参数的辨识结果的相对平均偏差；

(7)、将各参数的辨识结果的相对平均偏差融合为一个整体可得到总体相对偏差为：

(8)、按照上述方法，根据总体相对偏差公式得到第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差，记为r_{s_n}与r_{s_n+1}；

(9)、将第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差作差，得到第n次偏差差值Δ_n＝|r_{s_n+1}-r_{s_n}|；

(10)、设置误差带精度ε与检验次数k；判断连续k次得到的偏差差值是否满足Δ_n≤ε，其中，n＝1,2,…,k，如果满足该条件，则判定总体相对偏差近似收敛，且自动辨识完成，否则，返回步骤(2)。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，通过上位机向永磁同步电机的电机驱动器输入永磁同步电机的基本参数，然后上位机控制电机驱动器运行在开环控制模式下，同时永磁同步电机处于空载状况下，上位机控制电机驱动器依次对永磁同步电机的交轴电感、直轴电感、电机零位、定子电阻、电机磁链进行多次辨识，得到各个参数的总体相对偏差作差，最后判断总体相对偏差是否满足收敛，如果收敛，则自动辨识完成；这样克服了通常设计方法中存在的效率低、通用性差的问题，本方法拥有不需要使用额外的辅助工具，操作简洁、辨识精度高等特点。

附图说明

图1是本发明一种永磁同步电机多参数自动辨识方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种永磁同步电机多参数自动辨识方法流程图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，包括以下步骤：

S1、通过上位机向永磁同步电机的电机驱动器输入永磁同步电机的基本参数；

在本实施例中，上位机的功能主要为控制多参数自动辨识时的逻辑顺序及对接收到的电机驱动器的数据进行处理，减少电机驱动器代码量及运算量。电机驱动器是将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能的装置，通过上位机来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作。永磁同步电机的基本参数包括永磁同步电机的额定电压、额定电流、额定转速、额定转矩、极对数参数。

S2、上位机控制电机驱动器运行在开环控制模式下，同时永磁同步电机处于空载状况下；其中，开环控制模式是永磁同步电机的一种控制方式，本质上为在矢量控制的基础上，去掉了矢量控制中的Clark变换、Park变换和PI控制器等环节，使闭环的矢量控制变成开环，所以称为永磁同步电机开环控制模式。在该控制模式下，直接通过上位机输入交轴电压，并在控制系统中令直轴电压为零。交轴电压经过矢量控制中Park逆变换及SVPWM调制模块后控制电机。空载是指永磁同步电机转子轴端不带任何拖动负荷，空载情况下辨识出来的参数最接近真实值。若在使用本发明的方法过程中电机带载，那么可能导致辨识过程中电机在相同电压下无法转动或者电机转速偏小，造成辨识结果偏大。

上位机控制电机驱动器依次对永磁同步电机的交轴电感、直轴电感、电机零位、定子电阻、电机磁链进行初次辨识，再将各参数的辨识结果记为L_q、L_d、θ、R_s和

并发送至上位机；

S3、重复上述步骤S2，上位机记录下当前n次辨识结果L_q1,L_q2,…,L_qn、L_d1,L_d2,…,L_dn、θ₁,θ₂,…,θ_n、R_s1,R_s2,…,R_sn和

数据处理是若采用单次数据进行运算，则可能会造成较大的误差，但是电机驱动器的运算能力有限，无法处理大批量数据，则为了充分利用计算机的性能，则将电机驱动器采集的数据发送至上位机进行数学处理以提高辨识精度。

在本实施例中，电机零位的辨识方法为：给定永磁同步电机一个预设角度，控制电机驱动器输出预设角度方向的电压矢量到永磁同步电机，电机开始转动并最终静止，采集此时旋变角度值即可得到电机零位。

在本实施例中，定子电阻的辨识方法为：使用两点伏安法进行辨识，在电机锁死状态下，给定两次幅值不同的励磁电压，并在电流处于稳态情况下，分别记录两次的电流稳态值，根据公式

计算得到定子电阻。

在本实施例中，交、直轴电感辨识方法为：给定两次设定的短暂时间的电压脉冲，电机驱动器采集电压作用时间结束时的交直轴电流数据，根据公式

与

计算得到交直轴电感；

其中，L_q、L_d分别为交轴电感与直轴电感，U_q2、U_q1分别为2h与h时刻的交轴电压，U_d2、U_d1分别为2h与h时刻的直轴电压，I_q2、I_q1分别为2h与h时刻的交轴电流，I_d2、I_d1分别为2h与h时刻的直轴电流，h为单位电压脉冲的作用时间。

电机磁链辨识方法为：上位机控制电机驱动器工作在开环模式下，给定交轴电压驱动电机转动，得到多组转速与电压后进行最小二乘法拟合，去掉方差较大的值，对剩余数据做平均运算得到平均值，根据公式

计算得到电机磁链；

其中，U_q为测试点转速pω下对应的交轴电压，P为被测电机极对数，ω为测试点转速平均值。

S4、计算各参数的辨识结果的算术平均值，记为

和

其中，x_i表示某一参数在第i次的辨识结果；

表示某一参数的辨识结果的算术平均值；

S5、计算各参数的辨识结果的平均偏差，记为

和

其中，

表示某一参数的辨识结果的平均偏差；

S6、计算各参数的辨识结果的相对平均偏差，记为

r_θ、r_R和

其中，r表示某一参数的辨识结果的相对平均偏差；

S7、将各参数的辨识结果的相对平均偏差融合为一个整体可得到总体相对偏差为：

按照上述方法，根据总体相对偏差公式得到第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差，记为r_s__n与r_s__n+1；

S8、将第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差作差，得到第n次偏差差值Δ_n＝|r_{s_n+1}-r_{s_n}|；

S9、设置误差带精度ε与检验次数k；判断连续k次得到的偏差差值是否满足Δ_n≤ε，其中，n＝1,2,…,k，如果满足该条件，则判定总体相对偏差近似收敛，且自动辨识完成，否则，返回步骤S2。

实例

在本实施例中，涉及的待辨识永磁同步电机基本参数为：额定转速为3000r/min，额定电流为57.5A，额定转矩为57N.M，极对数为3。如表1所示，待辨识永磁同步电机参数为：

表1

按照上述方法，对永磁同步电机多参数进行自动辨识的结果如表2所示。

表2

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、通过上位机向永磁同步电机的电机驱动器输入永磁同步电机的基本参数；

(2)、上位机控制电机驱动器运行在开环控制模式下，同时永磁同步电机处于空载状况下时；上位机控制电机驱动器依次对永磁同步电机的交轴电感、直轴电感、电机零位、定子电阻、电机磁链进行初次辨识，再将各参数的辨识结果记为L_q、L_d、θ、R_s和

并发送至上位机；

(3)、重复上述步骤(2)，上位机记录下当前n次辨识结果L_q1,L_q2,…,L_qn、L_d1,L_d2,…,L_dn、θ₁,θ₂,…,θ_n、R_s1,R_s2,…,R_sn和

(4)、计算各参数的辨识结果的算术平均值，记为

和

其中，x_i表示某一参数在第i次的辨识结果；

表示某一参数的辨识结果的算术平均值；

(5)、计算各参数的辨识结果的平均偏差，记为

和

其中，

表示某一参数的辨识结果的平均偏差；

(6)、计算各参数的辨识结果的相对平均偏差，记为

r_θ、r_R和

其中，r表示某一参数的辨识结果的相对平均偏差；

(7)、将各参数的辨识结果的相对平均偏差融合为一个整体可得到总体相对偏差为：

(8)、按照上述方法，根据总体相对偏差公式得到第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差，记为r_{s_n}与r_{s_n+1}；

(9)、将第n次与第n+1次辨识后的总体相对偏差作差，得到第n次偏差差值Δ_n＝|r_{s_n+1}-r_{s_n}|；

(10)、设置误差带精度ε与检验次数k；判断连续k次得到的偏差差值是否满足Δ_n≤ε，其中，n＝1,2,…,k，如果满足该条件，则判定总体相对偏差近似收敛，且自动辨识完成，否则，返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机多参数自动辨识方法，其特征在于，所述的基本参数包括额定电压、额定电流、额定转速、额定转矩、极对数。

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