CN110149081A - 永磁同步电机的控制方法及参数在线辨识系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机的控制方法及参数在线辨识系统。该方法包括：根据需要辨识的特定参数，在第一时段内施加特定的直交轴电流，使电机工作在电流闭环模式，测量直轴等效电压；令交轴电流反馈i_q为零，根据第一时段内的测量数据运算得直轴等效电感L_d；根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。据测量的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

Description

永磁同步电机的控制方法及参数在线辨识系统

技术领域

本发明涉及一种电机领域，特别是涉及一种永磁同步电机的控制方法及参数在线辨识系统。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)以其结构简单、运行可靠、体积小、损耗低、效率高等优点，在数控机床、电子电气领域得到广泛应用。永磁同步电机参数对于其应用有着重要的影响。

在同步电机控制系统中，精确知道电机模型参数直轴等效电感L_d、交轴等效电感L_q、等效绕线电阻R和等效转动惯量J_m的具体数值，对提高电机控制的性能有很大的帮助，因而需要有准确可靠的方法对电机参数进行辨识。

传统的辨识方法通过在电机端注入正弦激励信号或其它谐波叠加成分的激励信号，并测量电机输入和输出的频率响应曲线来求解电机模型参数，该方法把电机当成线性模型进行辨识，但在实际工程应用中，受电机摩擦力、绕线电阻以及开关管死区等非线性特性的影响，电机模型并不是线性的，因此，采用该方式的辨识方法的测量结果往往存在较大的误差。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种新的永磁同步电机的方法及参数在线辨识系统。

一种永磁同步电机的控制方法,包括以下步骤：

在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d。

令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d。

根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机的控制方法，在第一时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_d的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在其中一个实施例中，永磁同步电机的控制方法还包括以下步骤：

在第二时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量交轴等效电压u_q和电角速度ω_e。

令直轴电流反馈i_d为零，根据所述第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e通过永磁同步电机交轴等效电压方程运算得出交轴等效电感L_q。

根据得出的所述交轴等效电感L_q驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机的控制方法，在第二时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令直轴电流反馈i_d为零，根据测量的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e运算得出交轴等效电感L_q后驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_q的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在其中一个实施例中，永磁同步电机的控制方法还包括以下步骤：

在第三时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d。

令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出等效绕线电阻R。

根据得出的所述等效绕线电阻R驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机的控制方法，在第三时段内对驱动器施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d运算得出等效绕线电阻R后驱动同步电机工作，该方法消除了开关管死区等非线性特性对等效绕线电阻R的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在其中一个实施例中，永磁同步电机的控制方法还包括以下步骤：

在第四时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mccmd、数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，并测量所述电机的电磁转矩T_e。

根据所述第四时段内的电磁转矩T_e通过永磁同步电机等效电机运动方程运算得出等效转动惯量J_m。

根据得出的所述等效转动惯量J_m驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机的控制方法，在第四时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd，数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，根据测量的电机的电磁转矩T_e运算得出等效转动惯量J_m后驱动同步电机工作，该方法消除了摩擦、开关管死区等非线性特性对等效转动惯量J_m的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在其中一个实施例中，所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零是i_d在时间T₁内从I_b到-I_b，所述得出直轴等效电感L_d的步骤包括:

根据所述时间T₁内的N₁个采样周期的直轴等效电压u_d，运算得出所述直轴等效电感

在其中一个实施例中，所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零是i_q在时间T₂内从I_c到-I_c，所述得出交轴等效电感L_q的步骤包括:

根据所述时间T₂内的N₂个采样周期的交轴等效电压u_q和所述同步电机的电角速度ω_e；运算得出所述交轴等效电感其中，φ为所述同步电机的等效反电动势系数。

在其中一个实施例中，所述常数值的直轴电流I_dcmd是第三时段内所述直轴电流反馈i_d达到第一稳态值i_d1和第二稳态值i_d2，所述得出等效绕线电阻R的步骤包括：

根据第一稳态值i_d1对应的直轴等效电压u_d1和第二稳态值i_d2对应的直轴等效电压u_d2，运算得出所述等效绕线电阻

在其中一个实施例中，所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零是ω_m在时间T₃内从ω_b到-ω_b，所述等效转动惯量J_m的步骤包括：

根据所述时间T₃内的N₃个采样周期的所述电机的电磁转矩T_e；运算得出所述等效转动惯量

在其中一个实施例中，选取大于或等于2种线性变化的直轴电流I_dcmd，分别运算得出所述直轴等效电感L_d后取平均值，将所述平均值作为直轴等效电感L_d。

一种永磁同步电机参数在线辨识系统，包括：

输入控制模块，用于在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d。

计算模块，用于令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d。

驱动模块，用于根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机参数在线辨识系统，输入控制模块在第一时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式；计算模块令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后驱动模块驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_d的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

附图说明

图1为永磁同步电机等效模型结构图；

图2为永磁同步电机驱动系统结构示意图；

图3为永磁同步电机控制系统结构示意图；

图4为一实施例中永磁同步电机的控制方法的流程图；

图5为一实施例中直轴等效电感辨识时的等效控制结构示意图；

图6为图5对应的直轴等效电感辨识过程中I_dcmd、i_d、u_d随时间变化曲线图；

图7为图6虚线区域102对应的i_d-t曲线图；

图8为再一实施例中永磁同步电机的控制方法的流程图；

图9为一实施例中交轴等效电感辨识时的等效控制结构示意图；

图10为图9对应的交轴等效电感辨识过程中I_qcmd、i_q、u_q随时间变化曲线图；

图11为图10虚线区域202对应的i_q-t曲线图；

图12为另一实施例中永磁同步电机的控制方法的流程图；

图13为一实施例中等效绕线电阻辨识过程中I_dcmd、i_d、u_d随时间变化曲线图；

图14为图13稳态标线10对应稳态区域和稳态标线11对应稳态区域对应的i_d-t曲线图；

图15为还一实施例中永磁同步电机的控制方法的流程图；

图16为一实施例中等效转动惯量辨识过程中ω_cmd、ω_fb、i_q随时间变化曲线图；

图17为图16虚线区域302对应的ω_m-t曲线图；

图18为图16虚线区域304对应的ω_m-t曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的属于“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

永磁同步电机直交轴等效模型方程如下：

永磁同步电机等效模型结构如图1所示，其中u_d、u_q为施加在电机输入端的直轴(即d轴)、交轴(即q轴)等效电压，i_d、i_q为电机直轴、交轴电流反馈，ω_e、ω_m分别为电机的电角速度和机械角速度，P为电机的极对数，ω_m＝ω_e.P，L_d、L_q为电机的直轴、交轴等效电感，R为电机的等效绕线电阻、φ为电机的等效反电动势系数、T_e为电机的电磁转矩，J_m为电机的等效转动惯量、D_m为电机的等效摩擦系数。

图2为典型同步电机驱动系统结构，包括速度控制器、电流控制器、电压传感器、park逆变换器、脉冲宽度调制功率放大器、第一电流传感器、park变换器、第二电流传感器、减法器、位置传感器、计算模块(图中未画出)，在电流控制器的输入端输入电流驱动指令，电流控制器的输出端与park逆变换器的输入端连接，电流控制器用于将直轴等效电压u_d和交轴等效电压u_q(即电流驱动指令)输入park逆变换器。电压传感器的输入端与所述电流控制器的输出端连接，电压传感器的输出端同时与park逆变换器的输入端和计算模块的输入端连接，电压传感器用于检测park逆变换器输入端的交轴等效电压u_q和直轴等效电压u_d。park逆变换器的输出端与脉冲宽度调制功率放大器的输入端连接，park逆变换器用于向所述脉冲宽度调制功率放大器输入三相指令。第一电流传感器的输入端与脉冲宽度调制功率放大器的三相输出端中的两相输出端连接，第一电流传感器的输出端及脉冲宽度调制功率放大器剩余的一相输出端与永磁同步电机的输入端连接，第一电流传感器用于向永磁同步电机输入驱动指令。减法器与第一电流传感器的两个输出端连接，用于对第一电流传感器的两个输出端输出的电流指令进行减法运算。park变换器与第一电流传感器的两个输出端及减法器的输出端连接，用于将三相交流电转换为直交轴坐标下的电流反馈后输出给所述电流控制器。第二电流传感器的输出端与计算模块连接，第二电流传感器用于检测直交轴坐标下的直轴电流反馈i_d和交轴电流反馈i_q，并将直轴电流反馈i_d和交轴电流反馈i_q输入计算模块。位置传感器的输入端与永磁同步电机的输出端连接，位置传感器的输出端与计算模块连接，位置传感器用于检测同步电机的电角速度ω_e并将所述电角速度ω_e输入计算模块。

在当前的工业环境应用中，电机参数的辨识多采用由电机驱动器在电机端注入变化的等效电压u_d、u_q激励信号，并通过测量电流反馈i_d、i_q和电机编码器反馈ω_m进行分析计算，求出电机等效模型参数。

图3为永磁同步电机控制系统结构示意图，包括解耦补偿器和电机对象模型，其中I_dcmd为直轴电流指令、I_qcmd为交轴电流指令、ω_cmd为速度指令、P_ref为位置指令。

如图4所示，本发明提供一种永磁同步电机的控制方法,包括以下步骤：

S102，在第一时段内施加特定的直交轴电流，使电机工作在电流闭环模式，测量直轴等效电压。

在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d。

S104，令交轴电流反馈i_q为零，根据第一时段内的测量数据运算得直轴等效电感L_d。

令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d。

S106，根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

图5为一实施例中直轴等效电感辨识时的等效控制结构示意图，包括电机驱动器，电流控制器、电压传感器、park逆变换器、PWM功率放大器、第一电流传感器、第二电流传感器、park变换器，同步电机，位置传感器。在该实施例中，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，如图所示，在辨识过程中，在电机驱动器输入端输入数值为零的交轴电流指令I_qcmd和如图6曲线1所示的直轴电流指令I_dcmd，得到图6曲线2所示的电流反馈i_d和曲线3所示的等效电压u_d，截取图6虚线区域102内的数据I_dcmd、i_d、u_d，用T₁表示虚线区域102的时间。根据永磁同步电机直交轴等效模型方程进行适当计算，可以求解出直轴等效电感L_d的值，然后根据得出的直轴等效电感L_d驱动永磁同步电机工作，整个计算过程的分析如下所示。

永磁同步电机直轴等效电压方程如下：

在辨识过程中，设定直轴等效电感L_d、等效绕线电阻R均为常量，交轴电流反馈i_q为零，上式可转化为如下等式：

u_d·dt＝L_d·di_d+R·i_d·dt 1-3

对式1-3两端进行积分有：

对式1-4做进一步整理有：

图7为图6虚线区域102对应的直轴电流反馈i_d随时间t的变化曲线，近似为一次函数，以此确定约束条件，当t从0→T₁过程中，i_d(t)随直轴电流I_dcmd的变化从I_b变化到-I_b，且i′_d(t)为常数a则有：

i_d(t)＝a·t+I_b 1-6

又根据a·T₁＝-I_b-I_b有：

根据式1-6、1-7有：

由式1-8得：

将式1-9代入式1-5消除等效绕线电阻对计算过程的影响，得到：

由式1-10，可得到直轴等效电感的计算式为：

设在t从0→T₁过程中经过了N₁个采样周期，利用欧拉法对1-11式进行离散化有：

其中，所述直轴等效电感计算式中的负号表示在所述时间0-T₁内所述直轴电流I_dcmd随时间减小。

在其他实施例中，直轴电流I_dcmd可以为其他的变化曲线，只要满足在一段时间内直轴电流随时间变化曲线近似为线性变化且使直轴电流反馈对时间积分为零即可。

在一个实施例中，可以任意选取大于或等于2种直轴电流I_dcmd的变化曲线，分别计算得到L_d数值后对所有L_d值取平均值，将平均值作为实际直轴等效电感参数L_d的值，例如，选取2种直轴电流I_dcmd随时间增大的曲线，或者选取2种直轴电流交轴电流I_dcmd随时间减小的曲线等。

上述永磁同步电机的控制方法，在第一时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_d的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

如图8所示，在一实施例中，永磁同步电机的控制方法,还包括以下步骤：

S202，在第一时段内施加特定的直交轴电流，使电机工作在电流闭环模式，测量交轴等效电压和电角速度。

在第二时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量交轴等效电压u_q和电角速度ω_e。

S204，令直轴电流反馈i_d为零，根据第二时段内的测量数据运算得交轴等效电感Lq。

令直轴电流反馈i_d为零，根据所述第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e通过永磁同步电机交轴等效电压方程运算得出交轴等效电感L_q。

S206，根据得出的所述交轴等效电感L_q驱动所述永磁同步电机工作。

图9为一实施例中交轴等效电感辨识时的等效控制结构示意图，包括电机驱动器，电流控制器、电压传感器、park逆变换器、PWM功率放大器、第一电流传感器、park变换器，同步电机，位置传感器。在该实施例中，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，如图所示，在辨识过程中，在电机驱动器输入端输入数值为零的直轴电流指令I_dcmd和如图10曲线4所示的交轴电流指令I_qcmd，得到图10曲线5所示的电流反馈i_q和曲线6所示的等效电压u_q，截取图10虚线区域202内的数据I_qcmd、i_q、u_q，设对应时间为T₂。根据永磁同步电机直交轴等效模型方程进行适当计算，可以求解出交轴等效电感L_q的值，然后根据得出的交轴等效电感L_q驱动永磁同步电机工作，整个计算过程的分析如下所示。

永磁同步电机交轴等效电压方程如下：

在辨识过程中，设定交轴等效电感L_q、等效绕线电阻R均为常量，直轴电流反馈i_d为零，上式可转化为如下等式：

u_q·dt＝L_q·di_q+R·i_q·dt+ω_e·φ·dt 1-14

对式1-14做进一步整理有：

(u_q(t)-ω_e(t)·φ)·dt＝L_q·i′_q(t)dt+R·i_q(t)·dt 1-15

对式1-15两端进行积分有：

图11为图10虚线区域202对应的交轴电流反馈i_q随时间t的变化曲线，近似为一次函数，以此确定约束条件，当t从0→T₂变化过程中，i_q(t)随交轴电流I_qcmd的变化从I_c变化到-I_c，且i′_q(t)为常数a则有

i_q(t)＝a·t+I_c 1-17

又根据a·T₂＝-2·I_c可得：

根据式1-17、1-18可得：

由式1-19可得：

将式1-20代入式1-16消除等效绕线电阻对计算过程的影响，得到：

由式1-21，可得到交轴等效电感的计算式为：

设在t从0→T₂过程中经过了N₂个采样周期，利用欧拉法对式1-22进行离散化有：

在其他实施例中，所述交轴电流I_qcmd可以为其他的变化曲线，只要满足在一段时间内交轴电流随时间变化曲线近似为线性变化且交轴电流反馈对时间积分为零即可。

在一个实施例中，可以任意选取大于或等于2种交轴电流I_qcmd的变化曲线，分别计算得到L_q数值后对所有L_q值取平均值，将平均值作为实际交轴等效电感参数L_q的值，例如，选取2种交轴电流I_qcmd随时间增大的曲线，或者选取2种交轴电流交轴电流I_qcmd随时间减小的曲线等。

上述永磁同步电机的控制方法，在第二时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令直轴电流反馈i_d为零，根据测量的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e运算得出交轴等效电感L_q后驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_q的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

如图12所示，在一个实施例中，永磁同步电机的控制方法,还包括以下步骤：

S302，在第三时段内施加特定的直交轴电流，使电机工作在电流闭环模式，测量直轴等效电压和直轴电流反馈。

在第三时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d。

S304，令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的测量数据运算得出等效绕线电阻。

令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出等效绕线电阻R。

S306，根据得出的所述等效绕线电阻R驱动所述永磁同步电机工作。

在一个实施例中，如图5所示的直轴等效电感辨识的等效控制结构示意图，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，如图所示，在辨识过程中，在电机驱动器输入端输入数值为零的交轴电流指令I_qcmd和如图13曲线7所示的直轴电流指令I_dcmd，得到图13曲线8所示的电流反馈i_d和曲线9所示的等效电压u_d，分别截取图13区域稳态标线10和11处的测量数据I_dcmd、i_d、u_d，根据永磁同步电机直交轴等效模型方程进行适当计算，可以求解出等效绕线电阻R的值，然后根据得出的等效绕线电阻R驱动永磁同步电机工作，整个计算过程的分析如下所示。

永磁同步电机直轴等效电压方程如下：

在辨识过程中，设定辨识过程中直轴等效绕线电阻R为常量，交轴电流反馈i_q为零，在直轴电流反馈i_d达到图13所示两个台阶的稳态时，取此时稳态标线10处的直轴等效电压为u_d1、直轴电流反馈为i_d1，稳态标线11处的直轴等效电压为u_d2、直轴电流反馈为i_d2，如图14所示，为图13稳态标线10对应稳态区域和稳态标线11对应稳态区域对应的直轴电流i_d随时间t的变化曲线，近似为两段数值不同的常数值线段，式1-24可转化为如下等效方程：

为减弱死区影响，采用增量式结构，如图14所示有：

Δu_d＝R·Δi_d 1-26

可得等效绕线电阻计算式：

在其他实施例中，所述直轴电流I_dcmd的数值轨迹可以为其他的轨迹，只要满足在一段时间内直轴电流反馈i_d随时间变化曲线近似为常数值即可。

上述永磁同步电机的控制方法，在第三时段内对驱动器施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d运算得出等效绕线电阻R后驱动同步电机工作，该方法消除了开关管死区等非线性特性对等效绕线电阻R的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

如图15所示，在一个实施例中，永磁同步电机的控制方法,还包括以下步骤：

S402，在第四时段内施加特定的速度指令和直交轴电流，使电机工作在速度控制模式，测量电机的电磁转矩。

在第四时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd、数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，并测量所述电机的电磁转矩T_e。

S404，根据第四时段内的测量数据运算得出等效转动惯量J_m。

根据所述第四时段内的电磁转矩T_e通过永磁同步电机等效电机运动方程运算得出等效转动惯量J_m。

S406，根据得出的所述等效转动惯量J_m驱动所述永磁同步电机工作。

在一个实施例中，通过在速度指令ω_mcmd上施加如图16曲线12所示的速度指令，得到如图16曲线13所示的速度反馈ω_fb和曲线14所示的交轴电流反馈i_q，截取图16虚线区域302内的数据ω_mcmd、ω_fb和i_q，设对应时间为T₃。根据永磁同步电机直交轴等效模型方程，通过适当的方法计算可以求解出等效转动惯量J_m的值，然后根据得出的等效转动惯量J_m驱动永磁同步电机工作，整个计算过程的分析如下所示。

永磁同步电机等效运动方程如下：

即有：

T_e·dt＝J_m·dω_m+D_m·ω_m·dt 1-29

在辨识过程中，设定等效转动惯量J_m、等效摩擦系数D_m均为常量，对式1-29两边进行积分有：

式1-30可转化为：

如图17所示，为图16虚线区域302对应的机械角速度ω_m随时间t变化曲线，近似为一次函数，以此确定约束条件，当t从0→T₃过程中，ω_m(t)随速度指令ω_cmd的变化从ω_b变化到-ω_b，且ω′_m(t)为常数a，则有：

ω_m(t)＝a·t+ω_b 1-32

又根据a·T₃＝-ω_b-(ω_b)＝-2·ω_b可得：

根据式1-32、1-33可得：

由式1-34得：

由式1-35可消除等效摩擦系数D_m对计算过程的影响，等效转动惯量J_m表达式转化为：

设在t从0→T₃过程中经过了N₃个采样周期，利用欧拉法对式1-36进行离散化积分有：

可得等效转动惯量J_m表达式：

其中，所述等效转动惯量J_m计算式中的负号表示在所述时间0-T₃内所述速度指令ω_cmd随时间减小，即为减速过程。

在另一个实施例中，可以截取图16虚线区域304内的数据ω_mcmd、ω_fb和i_q，设对应时间为T₄。根据永磁同步电机直交轴等效模型方程，通过适当的方法计算可以求解出等效转动惯量J_m的值，然后根据得出的等效转动惯量J_m驱动永磁同步电机工作，整个计算过程的分析如下所示。

永磁同步电机等效运动方程如下：

即有：

T_e·dt＝J_m·dω_m+D_m·ω_m·dt 1-40

在辨识过程中，设定等效转动惯量J_m、等效摩擦系数D_m均为常量，对式1-40两边进行积分有：

式1-41可转化为：

图18为图16虚线区域304对应的机械角速度ω_m随时间t变化曲线，近似为一次函数，以此确定约束条件，当t从0→T₄过程中，ω_m(t)随速度指令ω_cmd的变化从-ω′_b变化到ω′_b，且ω′_m(t)为常数a′，则有：

ω_m(t)＝a′·t-ω′_b 1-43

又根据a′·T′₄＝ω′_b-(-ω′_b)＝2·ω′_b可得：

根据式1-43、1-44可得：

由式1-45得：

由式1-46可消除等效摩擦系数D_m对计算过程的影响，等效转动惯量J_m表达式转化为：

设在t从0→T₄过程中经过了N₄个采样周期，利用欧拉法对式1-47进行离散化积分有：

可得等效转动惯量J_m表达式：

其中,在所述时间0-T₃内所述速度指令ω_mcmd随时间增大，即为加速过程。

在其他实施例中，所述速度指令ω_mcmd可以为其他的变化曲线，只要满足在一段时间内机械角速度ω_m随时间变化曲线近似为线性变化且机械角速度ω_m对时间积分为零即可。

在一个实施例中，可以任意选取大于或等于2种所述速度指令ω_mcmd的变化曲线，分别计算得到J_m数值后对所有J_m值取平均值，将平均值作为实际等效转动惯量J_m的值，例如，选取2种速度指令ω_mcmd随时间减小的曲线，或分别选取1种速度指令ω_mcmd随时间减小的曲线和1种速度指令ω_mcmd随时间增大的曲线等。

上述永磁同步电机的控制方法，在第四时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd，数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，根据测量的电机的电磁转矩T_e运算得出等效转动惯量J_m后驱动同步电机工作，该方法消除了摩擦、开关管死区等非线性特性对等效转动惯量J_m的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

本申请还提供一种永磁同步电机参数在线辨识系统，包括：

输入控制模块，用于在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d。

计算模块，用于令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d。

驱动模块，用于根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

如图5所示，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，在第一时段内，在电机驱动器中的电流控制器输入端输入线性变化且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流指令I_dcmd，和数值为零的交轴电流指令I_qcmd，通过电流控制器输出端和park逆变换器输入端之间的电压传感器测量直轴等效电压u_d；计算模块设置交轴电流指令I_qcmd为零时，交轴电流反馈i_q为零，并根据第一时段内的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后将L_d数值输出电机驱动器；驱动模块根据L_d驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机参数在线辨识系统，输入控制模块在第一时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式；计算模块令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴等效电压u_d运算得出直轴等效电感L_d后驱动模块驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_d的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在一个实施例中，所述输入控制模块还用于在第二时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量交轴等效电压u_q和电角速度ω_e。

所述计算模块还用于令直轴电流反馈i_d为零，根据所述第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e通过永磁同步电机交轴等效电压方程运算得出交轴等效电感L_q。

所述驱动模块还用于根据得出的所述交轴等效电感L_q驱动所述永磁同步电机工作。

如图9所示，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，在第二时段内，在电机驱动器中的电流控制器输入端输入线性变化且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流指令I_dcmd，通过电流控制器输出端和park逆变换器输入端之间的电压传感器测量交轴等效电压u_q，通过与永磁同步电机的输出端连接位置传感器测量同步电机的电角速度ω_e；计算模块设置直轴电流I_dcmd为零时，直轴电流反馈i_d为零，并根据第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e运算得出交轴等效电感L_q后将L_q数值输出电机驱动器；驱动模块根据L_q驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机参数在线辨识系统，输入控制模块在第二时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式；计算模块令直轴电流反馈i_d为零，根据测量的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e运算得出交轴等效电感L_q后驱动模块驱动同步电机工作，该方法消除了电机绕线电阻、开关管死区等非线性特性对电绕线电感L_q的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在一个实施例中，所述输入控制模块还用于在第三时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d。

所述计算模块还用于令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出等效绕线电阻R。

所述驱动模块还用于根据得出的所述等效绕线电阻R驱动所述永磁同步电机工作。

如图5所示，电机驱动器工作在电流闭环模式，仅电流控制器工作，在第三时段内，在电机驱动器中的电流控制器输入端输入常数值的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流指令I_qcmd，通过电流控制器输出端和park逆变换器输入端之间的电压传感器测量直轴等效电压u_d，通过与park变换器输出端连接的第二电流传感器测量直轴电流反馈i_d；计算模块设置交轴电流指令I_qcmd为零时，交轴电流反馈i_q为零，并根据第三时段内的直轴等效电压u_d和直轴电流反馈i_d运算得出等效绕线电阻R后将R数值输出电机驱动器；驱动模块根据R驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机参数在线辨识系统，输入控制模块在第三时段内对驱动器施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式；计算模块令交轴电流反馈i_q为零，根据测量的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d运算得出等效绕线电阻R后驱动模块驱动同步电机工作，该方法消除了开关管死区等非线性特性对等效绕线电阻R的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

在一个实施例中，所述输入控制模块还用于在第四时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd、数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，并测量所述电机的电磁转矩T_e；

所述计算模块还用于根据所述第四时段内的电磁转矩T_e通过永磁同步电机等效电机运动方程运算得出等效转动惯量J_m；

所述驱动模块还用于根据得出的所述等效转动惯量J_m驱动所述永磁同步电机工作。

上述永磁同步电机参数在线辨识系统，输入控制模块在第四时段内对驱动器施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd，数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式；计算模块根据测量的电机的电磁转矩T_e运算得出等效转动惯量J_m后驱动模块驱动同步电机工作，该方法消除了摩擦、开关管死区等非线性特性对等效转动惯量J_m的辨识精度的影响，可大幅提高参数辨识的准确度，根据辨识出的参数对电机进行控制能够使得永磁同步电机更稳定，性能更好，对永磁同步电机的补偿设置更精确。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种永磁同步电机的控制方法,其特征在于，包括以下步骤：

在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d；

令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d；

根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在第二时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量交轴等效电压u_q和电角速度ω_e；

令直轴电流反馈i_d为零，根据所述第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e通过永磁同步电机交轴等效电压方程运算得出交轴等效电感L_q；

根据得出的所述交轴等效电感L_q驱动所述永磁同步电机工作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在第三时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d；

令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出等效绕线电阻R；

根据得出的所述等效绕线电阻R驱动所述永磁同步电机工作。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在第四时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd、数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，并测量所述电机的电磁转矩T_e；

根据所述第四时段内的电磁转矩T_e通过永磁同步电机等效电机运动方程运算得出等效转动惯量J_m；

根据得出的所述等效转动惯量J_m驱动所述永磁同步电机工作。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零是i_d在时间T₁内从I_b到-I_b，所述得出直轴等效电感L_d的步骤包括:

根据所述时间T₁内的N₁个采样周期的直轴等效电压u_d，运算得出所述直轴等效电感

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零是i_q在时间T₂内从I_c到-I_c，所述得出交轴等效电感L_q的步骤包括:

根据所述时间T₂内的N₂个采样周期的交轴等效电压u_q和所述同步电机的电角速度ω_e；运算得出所述交轴等效电感其中，φ为所述同步电机的等效反电动势系数。

7.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述常数值的直轴电流I_dcmd是第三时段内所述直轴电流反馈i_d达到第一稳态值i_d1和第二稳态值i_d2，所述得出等效绕线电阻R的步骤包括：

根据第一稳态值i_d1对应的直轴等效电压u_d1和第二稳态值i_d2对应的直轴等效电压u_d2，运算得出所述等效绕线电阻

8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零是ω_m在时间T₃内从ω_b到-ω_b，所述等效转动惯量J_m的步骤包括：

根据所述时间T₃内的N₃个采样周期的所述电机的电磁转矩T_e；运算得出所述等效转动惯量

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，选取大于或等于2种线性变化的直轴电流I_dcmd，分别运算得出所述直轴等效电感L_d后取平均值，将所述平均值作为直轴等效电感L_d。

10.一种永磁同步电机参数在线辨识系统，其特征在于，包括：

输入控制模块，用于在第一时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第一时段内直轴电流反馈i_d对时间积分为零的直轴电流I_dcmd，和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴等效电压u_d；

计算模块，用于令交轴电流反馈i_q为零，根据所述第一时段内的直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出直轴等效电感L_d；

驱动模块，用于根据得出的所述直轴等效电感L_d驱动所述永磁同步电机工作。

11.根据权利要求10所述的在线辨识系统，其特征在于，

所述输入控制模块还用于在第二时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第二时段内交轴电流反馈i_q对时间积分为零的交轴电流I_qcmd，和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量交轴等效电压u_q和电角速度ω_e；

所述计算模块还用于令直轴电流反馈i_d为零，根据所述第二时段内的交轴等效电压u_q和电角速度ω_e通过永磁同步电机交轴等效电压方程运算得出交轴等效电感L_q；

所述驱动模块还用于根据得出的所述交轴等效电感L_q驱动所述永磁同步电机工作。

12.根据权利要求10所述的在线辨识系统，其特征在于，

所述输入控制模块还用于在第三时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加常数值的直轴电流I_dcmd和数值为零的交轴电流I_qcmd，使所述同步电机工作在电流闭环模式，并测量直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d；

所述计算模块还用于令交轴电流反馈i_q为零，根据第三时段内的直轴电流反馈i_d和直轴等效电压u_d通过永磁同步电机直轴等效电压方程运算得出等效绕线电阻R；

所述驱动模块还用于根据得出的所述等效绕线电阻R驱动所述永磁同步电机工作。

13.根据权利要求10所述的在线辨识系统，其特征在于，

所述输入控制模块还用于在第四时段内，对所述同步电机驱动器输入端施加线性变化、且使所述第四时段内机械角速度ω_m对时间积分为零的速度指令ω_mcmd、数值为零的交轴电流I_qcmd和数值为零的直轴电流I_dcmd，使所述同步电机工作在速度控制模式，并测量所述电机的电磁转矩T_e；

所述计算模块还用于根据所述第四时段内的电磁转矩T_e通过永磁同步电机等效电机运动方程运算得出等效转动惯量J_m；

所述驱动模块还用于根据得出的所述等效转动惯量J_m驱动所述永磁同步电机工作。