CN110336508B - 一种pmsm的定子磁链辨识方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种PMSM的定子磁链辨识方法及装置。本申请提供的PMSM的定子磁链辨识方法，先通过控制测功机拖动PMSM以预设转速运行，获取测功机的起始转矩；之后，再通过改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取与PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压；最后，根据起始转矩、相应dq轴电流指令值以及PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到PMSM在相应dq轴电流指令值下的定子磁链，实现对不同dq轴电流指令值下的定子磁链的辨识。

Description

一种PMSM的定子磁链辨识方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种PMSM的定子磁链辨识方法及装置。

背景技术

目前，PMSM(Permanent magnet synchronous motor，永磁同步电机)因其存在高功率密度、高效率等优点，被广泛应用于电动汽车的驱动系统中。

由于在PMSM的运行过程中，随着运行工况的变化，定子电流的励磁、转矩分量均发生变化，并最终导致PMSM的dq轴(直轴和交轴)方向上的定子磁链发生变化，而PMSM的dq轴定子磁链又是PMSM的高性能控制算法的数据基础，因此需要对PMSM的dq轴定子磁链进行辨识。

目前，现有的定子磁链辨识方案通常是获得不同dq轴定子电流下的dq轴定子电压，在结合定子电阻信息，采用稳态电压方程：

和

计算得到与dq轴定子电流对应的dq轴定子磁链；但是，在上述方法中，由于定子电阻的误差和逆变器的非线性均对定子磁链的辨识精度影响很大，因此采用上述方法对定子磁链进行辨识，辨识精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种PMSM的定子磁链辨识方法及装置，以实现提高PMSM定子磁链辨识精度的目的。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请一方面提供一种PMSM的定子磁链辨识方法，所述定子磁链辨识方法，包括：

控制测功机拖动所述PMSM以预设转速运行，获取所述测功机的起始转矩；

改变所述PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压；

根据所述起始转矩、相应dq轴电流指令值以及所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的定子磁链。

可选的，所述预设转速为满足预设条件的任意一个固定转速；

所述预设条件为：在所述PMSM不进入弱磁区的情况下，所述PMSM在自身定子电流极限圆内的全部运行点上均正常工作。

可选的，改变所述PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，包括：

从零开始，以预设步长改变所述电机控制器的dq轴电流指令值，使所述dq轴电流指令值遍历所述PMSM定子电流极限圆在预设范围内的全部运行点，获取所述PMSM在与各个运行点对应的dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压。

可选的，所述预设范围为：d轴-q轴定子电流直角坐标系的第二象限和第三象限。

可选的，以预设步长改变所述电机控制器的dq轴电流指令值，包括：

以第一预设步长改变所述dq轴电流指令值中的d轴电流指令值；

和/或，

以第二预设步长改变所述dq轴电流指令值中的q轴电流指令值。

可选的，所述第一预设步长和所述第二预设步长相等。

可选的，根据所述起始转矩、相应dq轴电流指令值以及相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到相应dq轴电流指令值下的定子磁链，所采用的公式为：

其中，Ψ_sd为所述定子磁链中的d轴定子磁链，Ψ_sq为所述定子磁链中的q轴定子磁链；i_sd为所述dq轴电流指令值中的d轴电流指令值，i_sq为所述dq轴电流指令值中的q轴电流指令值；u_sd为所述dq轴定子电压中的d轴定子电压，u_sq为所述dq轴定子电压中的q轴定子电压；T₀为所述起始转矩，T_e为所述输出转矩；ω_r为转子角速度，n_p为所述PMSM的电极对数。

本申请另一方面提供一种PMSM的定子磁链辨识装置，包括：处理器和存储器；其中：

所述存储器中存储有适于所述处理器执行的至少一个程序，以使所述处理器实现如上述任一项所述的PMSM的定子磁链辨识方法。

可选的，所述处理器的转矩输入端，与测量单元的输出端相连，接收所述测量单元测量到的测功机的起始转矩和所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩；

所述处理器的通信端，与所述PMSM的电机控制器的通信端相连，向所述电机控制器输出相应dq轴电流指令，并且，从所述电机控制器获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的dq轴定子电压。

本申请提供一种PMSM的定子磁链辨识方法，先通过控制测功机拖动PMSM以预设转速运行，获取测功机的起始转矩；之后，再通过改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压；最后，根据起始转矩、相应dq轴电流指令值以及PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到PMSM在相应dq轴电流指令值下的定子磁链，实现对不同dq轴电流指令值下的定子磁链的辨识；也即本申请采用PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，结合拖动PMSM运行的测功机起始转矩，来实现相应dq轴电流指令值下的定子磁链计算，无需使用现有技术中的定子电阻信息，不仅避免了定子电阻的误差对定子磁链辨识精度的影响，而且，由于逆变器非线性带来的电压误差可以近似等效于定子电阻的压降，因此本申请还可以使逆变器非线性对PMSM定子磁链辨识精度的影响降低，从而可以提高PMSM定子磁链的辨识精度。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种PMSM的定子磁链辨识方法的示意图；

图2为本申请另一实施例提供的一种PMSM的定子磁链辨识装置的示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

在本申请中，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。

为了实现提高PMSM定子磁链辨识精度的目的，本申请实施例提供一种PMSM的定子磁链辨识方法，应用于PMSM的定子磁链辨识装置，该定子磁链辨识方法的具体步骤如图1所示，包括：

S100、控制测功机拖动PMSM以预设转速运行，获取测功机的起始转矩。

具体的，在对定子磁链的实际辨识过程中，需要将PMSM和测功机安装于台架，以方便PMSM和测功机的正常工作；另外，在PMSM和测功机的连接处还设置有测量单元，并固定于台架，用于测量测功机的输出转矩和PMSM的输出转矩。

其中，该预设转速是PMSM在测功机的拖动下，达到稳定运行状态时，自身转子的转速。实际应用时，在每次定子磁链的辨识过程中，该预设转速均固定不变；但是在各次定子磁链的辨识过程中，其预设转速可以相同，也可以不相同；比如，第一次对PMSM在不同dq轴电流指令下的定子磁链进行辨识时，控制测功机拖动PMSM以2000r/min的转速运行，在本次辨识完成后，第二次对PMSM在不同dq轴电流指令下的定子磁链进行辨识时，可以控制测功机拖动PMSM以3000r/min的转速运行，也可以控制测功机拖动PMSM仍以2000r/min的转速运行。此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

但是，在每次定子磁链的辨识过程中，其预设转速均需要满足一定的预设条件，该预设条件为：在PMSM不进入弱磁区的情况下，PMSM在自身定子电流极限圆内的全部运行点上均正常工作。

其中，起始转矩是指：PMSM达到稳定运行状态时，测功机的输出转矩；并且起始转矩是PMSM的定子磁链辨识装置通过测量单元获得的。

S200、改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压。

其中，dq轴电流指令是输入到PMSM的电机控制器中，调控PMSM运行状态的一种指令信号；具体的，通过dq轴电流指令调控电源输入PMSM电源端的电流，进而调控PMSM的运行状态；若dq轴电流指令值发生变化，则电源输入PMSM电源端的电流发生变化，从而使PMSM的工作状态发生变化，即PMSM的输出转矩和dq轴定子电压均发生变化。

并且，由于步骤S100中，PMSM是由测功机拖动运行的，所以，此时其dq轴电流指令值中的d轴电流指令值和q轴电流指令值均为零。因此，实际应用中，步骤S200的具体过程，可以为：

从零开始，以预设步长改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，使dq轴电流指令值遍历PMSM定子电流极限圆在预设范围内的全部运行点，获取PMSM在与各个运行点对应的dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压。

其中，该预设范围是指d轴-q轴定子电流直角坐标系的第二象限和第三象限。

在实际应用中，以预设步长改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值可以细分为三种改变方式；第一种改变方式为：以第一预设步长改变dq轴电流指令值中的d轴电流指令值，而dq轴电流指令值中的q轴电流指令值不发生改变；第二种改变方式为：以第二预设步长改变dq轴电流指令值中的q轴电流指令值，而dq轴电流指令值中的d轴电流指令值不发生变化；第三种改变方式为：以第一预设步长改变dq轴电流指令值中的d轴电流指令值，同时以第二预设步长改变dq轴电流指令值中的q轴电流指令值。

需要说明的是，在每次定子磁链的辨识过程中，步骤S200中改变PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值的一个预设步长，可以采用上述任意一种方式，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

可选的，第一预设步长和第二预设步长可以相等，也可以不相等；且两者的实际取值可以视其精度要求和速度要求进行权衡，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

具体的，PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩是PMSM的定子磁链辨识装置通过测量单元获得的；另外，PMSM在相应dq轴电流指令值下的dq轴定子电压是由该定子磁链辨识装置在电机控制器对PMSM进行矢量控制的过程中，从电机控制器的控制程序中直接获取得到的。

S300、根据测功机的起始转矩、相应dq轴电流指令值以及PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到PMSM在相应dq轴电流指令值下的定子磁链。

其中，dq轴电流指令值包括：d轴电流指令值和q轴电流指令值；dq轴定子电压包括：d轴定子电压和q轴定子电压；定子磁链包括：d轴定子磁链和q轴定子磁链。

计算得到PMSM在不同的dq轴电流指令值下的定子磁链的公式为：

其中，Ψ_sd为d轴定子磁链，Ψ_sq为q轴定子磁链；i_sd为d轴电流指令值，i_sq为q轴电流指令值；u_sd为d轴定子电压，u_sq为q轴定子电压；T₀为测功机的起始转矩，T_e为输出转矩；ω_r为转子角速度，n_p为PMSM的电极对数。

由于dq轴电流指令值与相应dq轴定子电压进行叉乘运算可以得到无功功率，因此本实施例仅需要结合PMSM的无功功率和PMSM的相对输出转矩，即可计算得到PMSM的d轴定子磁链和q轴定子磁链。

从上述步骤可以得到，本实施例提供的该定子磁链辨识方法，通过记录PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，结合拖动PMSM运行的测功机起始转矩，来实现相应dq轴电流指令值下的定子磁链计算，无需使用现有技术中的定子电阻信息，不仅避免了定子电阻的误差对定子磁链辨识精度的影响，而且，由于逆变器非线性带来的电压误差可以近似等效于定子电阻的压降，因此本申请还可以使逆变器非线性对PMSM定子磁链辨识精度的影响降低，从而可以提高PMSM定子磁链的辨识精度，优化辨识逻辑。

另外，通过本实施例提供的该定子磁链辨识方法，得到具有高辨识精度的定子磁链之后，能够为电感参数的计算、电流调节参数整定，解耦项计算、转矩观测等高性能控制计算方法提供数据基础。

本发明另一实施例，提供一种PMSM的定子磁链辨识装置，具体结构如图2所示，包括：处理器100和存储器200。

存储器200中存储有适于处理器100执行的至少一个程序，以使处理器100实现上述实施例中PMSM的定子磁链辨识方法。

需要说明的是，当处理器100需要完成对定子磁链的辨识时，需要从存储器200中调用并执行与上一实施例提供的定子磁链的辨识方法相对应的程序，以完成对定子磁链的辨识；当处理器100进行其他操作时，调用存储器200中的其他程序即可，此处不再赘述。另外，存储器200中存储程序的数量大于等于处理器100需要执行操作的数量，即存储器200中存储程序的数量取决于处理器100需要执行操作的数量，且存储器200中存储的程序可以根据处理器100需要执行的操作进行更新或增减。

处理器100实现的PMSM的定子磁链辨识方法，其过程及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

处理器100的转矩输入端与测量单元的输出端相连；在实际工作中，测量单元对测功机的起始转矩和PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩进行测量，并上传至处理器100；处理器100通过读取即可获得测功机的起始转矩和PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩。另外，在实际应用中，测量单元优选转矩转速测量仪。

处理器100的通信端与PMSM的电机控制器的通信端相连；在实际工作中，处理器100通过PMSM的电机控制器的通信端，向控制单元输出dq轴电流指令来控制PMSM的运行状态；并且，还通过PMSM的电机控制器的通信端，从电机控制器中控制单元的控制程序中获取PMSM在相应dq轴电流指令下的dq轴定子电压。

该定子磁链辨识装置可以是上位机等具有上述功能的计算机，此处不做限定，能够实现上述定子磁链辨识方法的装置均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，所述定子磁链辨识方法，包括：

控制测功机拖动所述PMSM以预设转速运行，获取所述测功机的起始转矩；

改变所述PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压；

根据所述起始转矩、相应dq轴电流指令值以及所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，结合所述PMSM的相对输出转矩以及对dq轴电流指令值与相应dq轴定子电压进行叉乘运算得到的所述PMSM的无功功率，计算得到所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的d轴定子磁链和q轴定子磁链。

2.根据权利要求1所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，所述预设转速为满足预设条件的任意一个固定转速；

所述预设条件为：在所述PMSM不进入弱磁区的情况下，所述PMSM在自身定子电流极限圆内的全部运行点上均正常工作。

3.根据权利要求1所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，改变所述PMSM的电机控制器的dq轴电流指令值，获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，包括：

从零开始，以预设步长改变所述电机控制器的dq轴电流指令值，使所述dq轴电流指令值遍历所述PMSM定子电流极限圆在预设范围内的全部运行点，获取所述PMSM在与各个运行点对应的dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压。

4.根据权利要求3所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，所述预设范围为：d轴-q轴定子电流直角坐标系的第二象限和第三象限。

5.根据权利要求3所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，以预设步长改变所述电机控制器的dq轴电流指令值，包括：

以第一预设步长改变所述dq轴电流指令值中的d轴电流指令值；

和/或，

以第二预设步长改变所述dq轴电流指令值中的q轴电流指令值。

6.根据权利要求5所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，所述第一预设步长和所述第二预设步长相等。

7.根据权利要求3-6任一项所述的PMSM的定子磁链辨识方法，其特征在于，根据所述起始转矩、相应dq轴电流指令值以及相应dq轴电流指令值下的输出转矩和dq轴定子电压，计算得到相应dq轴电流指令值下的定子磁链，所采用的公式为：

其中，Ψ_sd为所述定子磁链中的d轴定子磁链，Ψ_sq为所述定子磁链中的q轴定子磁链；i_sd为所述dq轴电流指令值中的d轴电流指令值，i_sq为所述dq轴电流指令值中的q轴电流指令值；u_sd为所述dq轴定子电压中的d轴定子电压，u_sq为所述dq轴定子电压中的q轴定子电压；T₀为所述起始转矩，T_e为所述输出转矩；ω_r为转子角速度，n_p为所述PMSM的电极对数。

8.一种PMSM的定子磁链辨识装置，其特征在于，包括：处理器和存储器；其中：

所述存储器中存储有适于所述处理器执行的至少一个程序，以使所述处理器实现如权利要求1-7任一项所述的PMSM的定子磁链辨识方法。

9.根据权利要求8所述的PMSM的定子磁链辨识装置，其特征在于，所述处理器的转矩输入端，与测量单元的输出端相连，接收所述测量单元测量到的测功机的起始转矩和所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的输出转矩；

所述处理器的通信端，与所述PMSM的电机控制器的通信端相连，向所述电机控制器输出相应dq轴电流指令，并且，从所述电机控制器获取所述PMSM在相应dq轴电流指令值下的dq轴定子电压。

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