CN111082723A - 一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法 - Google Patents

一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，该方法利用γδ轴反电势观测器观测γ轴和δ轴反电势，得到γ轴和δ轴反电势观测值，在γ轴注入脉冲电流，根据γδ轴反电势观测器得到γ轴和δ轴反电势观测值变化量；根据γ轴电流注入前后的γδ轴反电势观测值变化量，判断当前电阻、电感值与实际值的差距，以决定是否需要进行电磁参数辨识；若需要辨识，电感或电阻辨识控制器工作，并且重复三次注入‑判断‑辨识操作；若不需要辨识，停止注入，结束辨识。辨识得到的准确电阻、电感值更新到反电势观测器，获得准确的γδ轴反电势观测值，输入到永磁磁链计算模块，得到准确的永磁磁链值。本发明提高了无位置观测器对参数的鲁棒性和观测精度。

Description

一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法
技术领域
本发明涉及一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，具体涉及一种用于无位置传感器下的表贴式永磁同步电机电磁参数辨识方法，属于永磁电机参数辨识技术领域。
背景技术
在永磁电机的实际应用中，无位置传感器控制技术由于低成本，机械加工简单等特点而得到了广泛应用，尤其是基于参数基频模型的反电势观测器方法。
上述的无位置控制方法的问题是，其转子位置观测的精度完全依赖于所采用的基频模型中电磁参数的精度，而这些参数的获取大多来自于离线测量，当电机运行时，电阻随温度近似成线性变化；电感受磁路饱和的影响较大，因此转子位置观测的精度无法得到有效的保证，一定程度上降低了整机运行效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，解决现有永磁电机无位置传感器控制中存在的问题，实现电感、电阻以及永磁磁链的辨识功能，极大地提高了转子位置观测对电磁参数的鲁棒性，有效地保证转子位置观测的精度。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，包括如下步骤：
步骤1，表贴式永磁同步电机控制系统进入中断后，对γ轴和δ轴电流进行采样，得到γ轴电流iγ(k)和δ轴电流iδ(k)；
步骤2，通过电流控制器获得γ轴电压vγ(k)和δ轴电压vδ(k)；
步骤3，利用γδ轴反电势观测器观测γ轴和δ轴反电势，得到γ轴反电势观测值
Figure BDA0002359239690000021
和δ轴反电势观测值
Figure BDA0002359239690000022
步骤4，在γ轴注入脉冲电流，并利用γδ轴反电势观测器再次观测γ轴和δ轴反电势，得到新的γ轴反电势观测值和新的δ轴反电势观测值，将新的γ轴反电势观测值与
Figure BDA0002359239690000023
做差得到γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA0002359239690000024
将新的δ轴反电势观测值与
Figure BDA0002359239690000025
做差得到δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA0002359239690000026
步骤5，设置阈值，并将γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA0002359239690000027
δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA0002359239690000028
分别与阈值进行比较判断，若δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA0002359239690000029
γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000210
均小于等于阈值，则标称电阻和标称电感为准确电阻和电感，停止注入脉冲电流，进入步骤9；
步骤6，若δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000211
小于等于阈值，且γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000212
大于阈值，则标称电感为准确电感，采用电阻辨识控制器对电阻进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电阻，进入步骤9；
步骤7，若δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000213
大于阈值，且γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000214
小于等于阈值，则标称电阻为准确电阻，采用电感辨识控制器对电感进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电感，进入步骤9；
步骤8，若δ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000215
γ轴反电势观测值变化量
Figure BDA00023592396900000216
均大于阈值，则先采用电感辨识控制器对电感进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电感；再采用电阻辨识控制器对电阻进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电阻；进入步骤9；
步骤9，将准确电感和准确电阻更新到γδ轴反电势观测器，得到准确的γ轴反电势观测值和δ轴反电势观测值，将它们作为永磁磁链计算模块的输入，计算得到准确的永磁磁链计算值，中断结束。
作为本发明的一种优选方案，步骤3所述γδ轴反电势观测器为零极点配置的状态观测器或者离散滑模观测器或者自适应观测器。
作为本发明的一种优选方案，步骤5所述阈值为0-0.5。
作为本发明的一种优选方案，步骤6所述电阻辨识控制器为纯积分器，其增益为电阻标称值的2-10倍。
作为本发明的一种优选方案，步骤7所述电感辨识控制器为纯积分器，其增益为电感标称值的2-10倍。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的电磁参数辨识方法适用于无位置传感器控制，并且保证转子位置观测的精确性。
2、相较于传统的递推最小二乘法，本发明方法的稳定性得到了有效的保证。
3、相较于传统的递推最小二乘法，本发明方法实现简单，计算量小，便于实现。
附图说明
图1是本发明一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提供了一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁辨识方法，其中永磁电机限定为表贴式永磁同步电机，电磁参数包括定子绕组电阻、定子电感以及永磁磁链。方法中主要涉及有γ轴电流参考发生器、反电势观测器、阈值判断、电感辨识控制器、电阻辨识控制器以及永磁磁链计算模块。其中，反电势观测器可基于任意控制方法设计，可以但不限于采用零极点配置的状态观测器、离散滑模观测器及自适应观测器等，其输出为所观测得到的γδ轴反电势；利用γ轴电流注入引起的δ轴反电势观测值变化量判断当前电感值与实际电感值的差距，若变化量在阈值以内，则当前电感值近似准确；若变化量超过阈值，则需要进行电感辨识。利用γ轴电流注入引起的γ轴反电势观测值变化量判断当前电感值与实际电感值的差距，若变化量在阈值以内，则当前电感值近似准确；若变化量超过阈值，则需要进行电阻辨识。
现根据以下过程证明：1、δ轴反电势观测值变化量和当前电感值与实际电感值的差成正比；2、γ轴反电势观测值变化量和当前电阻值与实际电阻值的差成正比。
由γδ轴反电势观测得到所观测的反电势有如下理论计算公式：
Figure BDA0002359239690000041
Figure BDA0002359239690000042
Figure BDA0002359239690000043
Figure BDA0002359239690000044
其中，
Figure BDA0002359239690000045
分别为γδ轴反电势观测值；d1、d2为离散数学模型中反电势系数；
Figure BDA0002359239690000046
为d1的标称值；
Figure BDA0002359239690000047
为d2的标称值；eγ(k)、eδ(k)分别为γδ轴反电势真实值；vγ(k)、vδ(k)分别为γδ轴电压；iγ(k)、iδ(k)分别为γδ轴电流；P和Q为中间变量；k表示k时刻；
Figure BDA0002359239690000048
定义如下：
Figure BDA0002359239690000049
其中，R、L分别为电机定子电阻、定子电感；
Figure BDA00023592396900000410
分别为电机定子电阻、定子电感的观测值；T为中断时间常数。
对于电感辨识，采用
Figure BDA00023592396900000411
的变化量，即Q的变化量作为电感辨识控制器的输入。假设在t0时刻，有
Figure BDA00023592396900000412
假设在t1时刻，γ轴电流注入，有
Figure BDA00023592396900000413
其增量为
Figure BDA0002359239690000051
Figure BDA0002359239690000052
其中符号Δ表示t0时刻到t1时刻的变化量。
对于表达式W有如下性质：
Figure BDA0002359239690000053
Figure BDA0002359239690000054
即W和当前电感值与实际电感值的差成正比，因此构建电感辨识负反馈系统。若需要电感辨识，电感辨识控制工作，并且重复三次注入-判断-辨识操作，以抵消Δeγ和Δeδ的影响；若不需要电感辨识，停止注入，结束辨识。
对于电阻参数辨识，其推导过程类似，在此不再赘述。
辨识得到的准确电阻电感值更新到反电势观测器中，获得准确的γδ轴反电势观测值，输入到永磁磁链计算模块，即可计算得到准确的永磁磁链值，计算公式如下：
Figure BDA0002359239690000055
其中，
Figure BDA0002359239690000056
为永磁磁链的计算值；
Figure BDA0002359239690000057
为γ轴反电势观测值；
Figure BDA0002359239690000058
为δ轴反电势观测值；ω(k)为电机电角频率；k表示k时刻。
如图1所示，本发明一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法的流程如下：
S1：算法开始：
S11：电流采样，得到iγ(k)和iδ(k)；
S12：电压vγ(k)和vδ(k)由电流控制器的输出给定直接得到；
S13：γδ轴反电势观测器工作，得到反电势观测值
Figure BDA0002359239690000059
和
Figure BDA00023592396900000510
S2：γ轴脉冲电流注入，根据γδ轴反电势观测值
Figure BDA00023592396900000511
和
Figure BDA00023592396900000512
的变化量
Figure BDA00023592396900000513
和
Figure BDA00023592396900000514
判断是否标称参数的准确性以及进行参数辨识。此时有四种情况：
S21：若
Figure BDA0002359239690000061
和均没有超过阈值，此时标称电阻和电感准确，同时观测得到的
Figure BDA0002359239690000063
和
Figure BDA0002359239690000064
准确，停止注入，参数辨识控制器均不工作；
S22：若
Figure BDA0002359239690000065
超过阈值而
Figure BDA0002359239690000066
没有超过阈值，此时标称电感准确而标称电阻不准确。电阻辨识控制器工作，并且重复三次注入-判断-辨识操作，以抵消Δeγ和Δeδ的影响；
S23：若
Figure BDA0002359239690000067
超过阈值而
Figure BDA0002359239690000068
没有超过阈值，此时标称电阻准确而标称电感不准确。电感辨识控制器工作，并且重复三次注入-判断-辨识操作，以抵消Δeγ和Δeδ的影响；
S24：若
Figure BDA0002359239690000069
和
Figure BDA00023592396900000610
均超过阈值，此时标称电感和标称电阻均不准确。首先电感辨识控制器工作，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电感；然后电阻辨识控制器工作，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电阻；
S3：准确电感和电阻更新到γδ轴反电势观测器，得到准确的反电势观测值
Figure BDA00023592396900000611
和
Figure BDA00023592396900000612
将其作为永磁磁链计算模块的输入，得到准确的永磁磁链计算值；
S4：算法结束。
阈值的选取一般为0到0.5之间即可。
电感和电阻辨识控制器为纯积分器，增益分别为电感和电阻标称值的2到10倍之间。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，表贴式永磁同步电机控制系统进入中断后，对γ轴和δ轴电流进行采样，得到γ轴电流iγ(k)和δ轴电流iδ(k)；
步骤2，通过电流控制器获得γ轴电压vγ(k)和δ轴电压vδ(k)；
步骤3，利用γδ轴反电势观测器观测γ轴和δ轴反电势，得到γ轴反电势观测值
Figure FDA0002359239680000011
和δ轴反电势观测值
Figure FDA0002359239680000012
步骤4，在γ轴注入脉冲电流，并利用γδ轴反电势观测器再次观测γ轴和δ轴反电势，得到新的γ轴反电势观测值和新的δ轴反电势观测值，将新的γ轴反电势观测值与
Figure FDA0002359239680000013
做差得到γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA0002359239680000014
将新的δ轴反电势观测值与
Figure FDA0002359239680000015
做差得到δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA0002359239680000016
步骤5，设置阈值，并将γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA0002359239680000017
δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA0002359239680000018
分别与阈值进行比较判断，若δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA0002359239680000019
γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000110
均小于等于阈值，则标称电阻和标称电感为准确电阻和电感，停止注入脉冲电流，进入步骤9；
步骤6，若δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000111
小于等于阈值，且γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000112
大于阈值，则标称电感为准确电感，采用电阻辨识控制器对电阻进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电阻，进入步骤9；
步骤7，若δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000113
大于阈值，且γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000114
小于等于阈值，则标称电阻为准确电阻，采用电感辨识控制器对电感进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电感，进入步骤9；
步骤8，若δ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000115
γ轴反电势观测值变化量
Figure FDA00023592396800000116
均大于阈值，则先采用电感辨识控制器对电感进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电感；再采用电阻辨识控制器对电阻进行辨识，并且重复三次注入-判断-辨识操作，获得准确电阻；进入步骤9；
步骤9，将准确电感和准确电阻更新到γδ轴反电势观测器，得到准确的γ轴反电势观测值和δ轴反电势观测值，将它们作为永磁磁链计算模块的输入，计算得到准确的永磁磁链计算值，中断结束。
2.根据权利要求1所述用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，其特征在于，步骤3所述γδ轴反电势观测器为零极点配置的状态观测器或者离散滑模观测器或者自适应观测器。
3.根据权利要求1所述用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，其特征在于，步骤5所述阈值为0-0.5。
4.根据权利要求1所述用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，其特征在于，步骤6所述电阻辨识控制器为纯积分器，其增益为电阻标称值的2-10倍。
5.根据权利要求1所述用于无位置传感器下的永磁电机电磁参数辨识方法，其特征在于，步骤7所述电感辨识控制器为纯积分器，其增益为电感标称值的2-10倍。
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