CN111181459A - 电机永磁磁链的辨识方法、装置和电器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电机永磁磁链的辨识方法、装置和电器设备,其中,所述辨识方法包括:对电机进行电流闭环控制时,d轴电流给定值为0,q轴电流给定值为恒定幅值,转速指令给定值以预设曲线增加,在转速指令给定值增加过程中,对转速指令给定值进行积分处理以得到电流Park变换和电压Park反变换所用的角度;当转速指令给定值达到预设转速给定值时,转速指令给定值不变,且持续时间达到预设时间时,撤销转速指令,d轴电流给定值为0,q轴电流给定值为0,转子位置角给定值为常数;在电机降速过程中,计算电机在αβ坐标系下的定子电压,根据定子电压计算电机的永磁磁链。该辨识方法,能够辨识得到电机永磁磁链,且系统结构简单,辨识精度高。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域,尤其涉及一种电机永磁磁链的识别方法、一种电机永磁磁链的识别装置和一种电器设备。
背景技术
永磁同步电机在家电、工控、新能源汽车等领域得到广泛应用。目前许多永磁同步电机的控制技术特别是一些无位置传感器控制技术,需要知道永磁同步电机参数。因此对永磁同步电机参数离线辨识是必要的。
目前,电机永磁磁链的辨识方法包括:1)人工辨识方法,一般采用测功机将电机拖到一个固定转速,然后测量相电压来辨识永磁磁链,但该方法需要人工操作,效率比较低;2)自动辨识方法,一般在没有位置传感器的情况下设计角度和速度估计器,该方法结构复杂,系统的可靠性低,且在辨识过程中需要知道其他电机参数,而这些参数可能会存在误差,该误差会进一步影响永磁磁链的辨识精度。
如图1所示,相关技术中,基于无传感器的矢量控制技术,提出了一种永磁磁链的辨识方法,该方法采用id,ref=0的控制策略。具体地,让电机运行于某一转速ωe,ref,然后令iq,ref=0,此时输出的电磁转矩为0,电机将减速直到停转。由于电机的机械时间常数远大于电气时间常数,因此在电流控制为0后转速仍在降速中。
永磁同步电机的定子电压方程如下式(1)所示:
然而,上述技术存在如下缺陷:需要设计角度和速度估计器,而角度和速度的估计往往需要知道其他电机参数。对于一款未知参数的电机来说,无疑增加了额外困难,并且其他参数的误差直接会影响永磁磁链的辨识精度。另外,对于某些无速度传感器控制方法,本身就需要知道电机永磁磁链,这与用其辨识永磁磁链自相矛盾。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本发明的第一个目的在于提出一种电机永磁磁链的辨识方法,以辨识得到电机永磁磁链,且系统结构简单,辨识精度高。
本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种电机永磁磁链的辨识装置。
本发明的第四个目的在于提出一种电器设备。
为达上述目的,本发明第一方面实施例提出了一种电机永磁磁链的辨识方法,包括以下步骤:对电机进行电流闭环控制时,将d轴电流给定值设置为0,q轴电流给定值设置为恒定幅值,并设置转速指令给定值以预设曲线增加,其中,在转速指令给定值增加过程中,对所述转速指令给定值进行积分处理以得到电流Park变换和电压Park反变换所用的角度;当转速指令给定值达到预设转速给定值时,控制转速指令给定值不变并开始计时,在计时时间达到预设时间时,撤销转速指令,并保持d轴电流给定值为0不变,将q轴电流给定值设置为0,且将转子位置角给定值设置为常数,以使所述电机的转速下降直至停机;在所述电机的转速下降过程中,计算所述电机在αβ坐标系下的定子电压,并根据所述定子电压计算所述电机的永磁磁链。
本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
根据本发明的一个实施例,根据如下公式计算所述电机在αβ坐标系下的定子电压:
根据本发明的一个实施例,所述根据所述定子电压计算所述电机的永磁磁链,包括:
根据如下公式对uα进行积分处理,以得到积分信号:
根据本发明的一个实施例,所述根据所述定子电压计算所述电机的永磁磁链,包括:
根据如下公式对uβ进行积分处理,以得到积分信号:
A1,根据如下公式对积分信号进行累加求和,同时记录累加次数,其中,当|uα|≤ε1时,开始对uα进行积分,ε1为第一预设阈值:
B1,当|s(k)|≤ε2时,记录此时变量Ni=n、ssi=ss(k)的值并执行步骤C1,否则转到步骤A1,其中,ε2为第二预设阈值;
C1,根据如下公式计算永磁磁链估算值,并对变量s、ss、n初始化赋0:
D1,如果Ni≤c1,则转到步骤A继续进行辨识,否则,结束辨识,并执行步骤E,其中,c1为第一预设常数;
A2,初始化变量,令smin=0、smax=0、Nmin=0、Nmax=0、count=0,其中,smin、smax分别为局部最小值累加值和局部最大值累加值,Nmin、Nmax分别为局部最小值的累加次数和局部最大值的累加次数,count用于指示辨识过程停止;
B2,在每个控制周期做如下运算:
并做如下判断:
如果使w[m]≤w[i],则令smin=smin+w[m],且Nmin=Nmin+1,count=0,以及如果使w[m]≥w[i],则令smax=smax+w[m],且Nmax=Nmax+1,count=0,
其中,数组w[2m+1]用于记录积分信号s(t)从当前时刻起,连续2m+1个控制周期的历史值;
C2,当count>c2,结束辨识过程,并执行步骤D2,否则转到步骤B2,其中,c2为第二预设常数;
根据本发明的一个实施例,所述预设曲线为线性递增曲线。
为达到上述目的,本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述的电机永磁磁链的辨识方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质,在其上存储的计算机程序被处理器执行时,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
为达到上述目的,本发明第三方面实施例提出了一种电机永磁磁链的辨识装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现上述的电机永磁磁链的辨识方法。
本发明实施例的电机永磁磁链的辨识装置,在其存储器上存储的计算机程序被处理器执行时,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
为达到上述目的,本发明第四方面实施例提出了一种电器设备,包括上述的电机永磁磁链的辨识装置。
根据本发明实施例的电器设备,采用上述实施例的电机永磁磁链的辨识装置,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是相关技术中的电机永磁磁链的辨识方法对应的控制系统结构图;
图2是根据本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法的流程图;
图3是根据本发明一个实施例的电机永磁磁链的辨识方法中步骤S1对应的控制系统的结构图;
图4是根据本发明一个实施例的电机永磁磁链的辨识方法中步骤S2对应的控制系统的结构图;
图5是根据本发明一个实施例的局部极大值出现的示意图;
图6是根据本发明一个实施例的无局部极值出现的示意图;
图7是根据本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法对应的系统框图;
图8是根据本发明实施例的电机永磁磁链的辨识装置的方框示意图;
图9是根据本发明实施例的电器设备的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法、装置,以及计算机可读存储介质和电器设备。
图2是根据本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法的流程示意图。
如图2所示,该电机永磁磁链的辨识方法,包括以下步骤:
S1,对电机进行电流闭环控制时,将d轴电流给定值设置为0,q轴电流给定值设置为恒定幅值,并设置转速指令给定值以预设曲线增加,其中,在转速指令给定值增加过程中,对转速指令给定值进行积分处理以得到电流Park变换和电压Park反变换所用的角度。
其中,预设曲线可以为线性递增曲线,例如,转速指令给定值从0开始以一定斜率线性递增。预设曲线也可以是其他递增曲线,例如斜率渐变的递增曲线、抛物线等等。
S2,当转速指令给定值达到预设转速给定值时,控制转速指令给定值不变并开始计时,在计时时间达到预设时间时,撤销转速指令,并保持d轴电流给定值为0不变,将q轴电流给定值设置为0,且将转子位置角给定值设置为常数,以使电机的转速下降直至停机。
S3,在电机的转速下降过程中,计算电机在αβ坐标系下的定子电压,并根据定子电压计算电机的永磁磁链。
具体地,在一个实施例中,可根据如下公式(3)计算电机在αβ坐标系下的定子电压:
具体而言,参见图3,d轴电流给定为0,q轴电流给定一个恒定幅值Imax。转速指令给定值采用斜坡处理,从0开始递增至ωe,ref,且电流Park变换,以及电压Park反变换所用的角度均通过转速指令给定值的积分得到。
当转速指令给定值增加至ωe,ref,且保持一段时间后,d轴电流给定不变,仍然为0,q轴电流给定变为0。同时,角度给定值为任意常值θc。由Park变换可知,当变换角度为恒定常值时候,图3所示控制系统此时的作用就是将电流在某个静止坐标系下控制为0,因此也会将电流Iα,Iβ控制为0。
永磁同步电机在αβ轴下的定子电压方程为:
定子磁链方程为:
电流控制为0后,电磁转矩输出也为0。由于电机的机械时间常数远远大于电气时间常数,那么电机在步骤S2后,电机转速将逐渐下降直到停机。即言,当Iα,β=0时,电机降速,有上式(3)成立。因为则对uα进行积分得到:
即上式(4)成立。
由式(4)可知,电压的积分为转子磁链信号和一个常值信号的叠加,其中这个常值由积分初始时刻决定。参见图4,可将这个积分信号震荡的幅值提取出来,作为永磁磁链估算值,即辨识得到永磁磁链。
由此,该辨识方法,不需要知道转子角度和速度信息,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响,提高了电机永磁磁链的辨识的精度。
在一个示例中,对式(4)中的积分运算,选取合适的开始时刻和结束时刻,并对积分信号求平均值来获取其积分信号的幅值。
具体地,对s(t)的一个周期的积分可以如下近似计算:
由公式(6)和(7)可得:
由式(3)可知,当uα=0时,有cos(θe)=±1,所以可以选取uα的过零点为其积分开始时刻,选取其积分信号s(t)的过零点作为积分结束时刻,即可完成一个完整周期的积分。在此周期中,对信号s(t)累加,最后求均值。根据式(8)可知,求得均值的绝对值即为永磁磁链。具体实施步骤如下:
A1,根据如下公式对积分信号进行累加求和,同时记录累加次数:
B1,当|s(k)|≤ε2时,记录此时变量Ni=n、ssi=ss(k)的值并执行步骤C1,否则转到步骤A1,其中,ε2为第二预设阈值,其取值可为一个较小的正数。
C1,根据如下公式计算永磁磁链估算值,并对变量s、ss、n初始化赋0:
D1,如果Ni≤c1,则转到步骤A继续进行辨识,否则,结束辨识,并执行步骤E,其中,c1为第一预设常数,其取值可根据需要设定。
在另一个示例中,根据s(t)信号的波峰和波谷为局部极值点的特点,可将这些极值点提取出来估算其幅值。选择合适正整数m,定义数组w[2m+1],用来记录积分信号s(t)从当前时刻算起,连续2m+1个控制周期的历史值。将数组中间元素w[m]与其它元素进行比较,如果w[m]比其他元素都大,即可判断w[m]为局部极大值,如图5所示;如果w[m]比其他元素都小,即可判断w[m]为局部极小值。对于没有极值点的情况,必然存在两个元素,一个大于w[m],另外一个小于w[m],如图6所示。最后将局部最大值的均值与局部最小值的均值之差的1/2作为永磁磁链的估计值。具体步骤实施如下:
A2,初始化变量,令smin=0、smax=0、Nmin=0、Nmax=0、count=0,其中,smin、smax分别为局部最小值累加值和局部最大值累加值,Nmin、Nmax分别为局部最小值的累加次数和局部最大值的累加次数,count用于指示辨识过程停止。
B2,在每个控制周期做如下运算:
并做如下判断:
如果使w[m]≤w[i],则令smin=smin+w[m],且Nmin=Nmin+1,count=0,以及如果使w[m]≥w[i],则令smax=smax+w[m],且Nmax=Nmax+1,count=0,
其中,数组w[2m+1]用于记录积分信号s(t)从当前时刻起,连续2m+1个控制周期的历史值。
C2,当count>c2,结束辨识过程,并执行步骤D2,否则转到步骤B2,其中,c2为第二预设常数,其取值可根据需要设定。
另外,为便于理解本发明上述实施例的辨识方法,可结合图7所示的系统框图进行说明。如图7所示,“电流、速度和角度指令给定”模块控制电机的启动和停止,“电机及其控制器”模块包括被测电机和控制器,控制器只需要保证电机电流环能正常运行即可,永磁磁链的计算模块包括积分器(即模块)和“信号幅值信息提取”模块。其中,积分器的输入为控制器电压指令信号。
综上,本发明实施例的电机永磁磁链的辨识方法,在静止坐标系下,在将电流控制为0的基础上,对电压指令作纯积分运算,并利用积分信号的震荡信息来估算永磁磁链,降低了积分初值和积分偏置对永磁磁链辨识精度的影响。
进一步地,本发明提出了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述实施例的电机永磁磁链的辨识方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质,在其上存储的计算机程序被处理器执行时,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
图8是根据本发明实施例的电机永磁磁链的辨识装置的方框示意图。
如图8所示,该电机永磁磁链的辨识装置100包括存储器10、处理器20及存储在存储器10上并可在处理器上运行的计算机程序30,处理器20执行程序时,实现上述的电机永磁磁链的辨识方法。
本发明实施例的电机永磁磁链的辨识装置,在其存储器上存储的计算机程序被处理器执行时,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
图9是根据本发明实施例的电器设备的结构框图。
如图9所示,电器设备100包括上述的电机永磁磁链的辨识装置100。其中,电器设备100可以是搅拌机、破壁机等。
根据本发明实施例的电器设备,采用上述实施例的电机永磁磁链的辨识装置,能够辨识得到电机永磁磁链,且无需系统设置转子角度传感器和速度传感器,使得系统结构简单,且计算过程中不需要知道电机的其它参数值,避免了其他电机参数辨识误差对永磁磁链辨识的影响。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电机永磁磁链的辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:
对电机进行电流闭环控制时,将d轴电流给定值设置为0,q轴电流给定值设置为恒定幅值,并设置转速指令给定值以预设曲线增加,其中,在转速指令给定值增加过程中,对所述转速指令给定值进行积分处理以得到电流Park变换和电压Park反变换所用的角度;
当转速指令给定值达到预设转速给定值时,控制转速指令给定值不变并开始计时,在计时时间达到预设时间时,撤销转速指令,并保持d轴电流给定值为0不变,将q轴电流给定值设置为0,且将转子位置角给定值设置为常数,以使所述电机的转速下降直至停机;
在所述电机的转速下降过程中,计算所述电机在αβ坐标系下的定子电压,并根据所述定子电压计算所述电机的永磁磁链。
A1,根据如下公式对积分信号进行累加求和,同时记录累加次数,其中,当|uα|≤ε1时,开始对uα进行积分,ε1为第一预设阈值:
B1,当|s(k)|≤ε2时,记录此时变量Ni=n、ssi=ss(k)的值并执行步骤C1,否则转到步骤A1,其中,ε2为第二预设阈值;
C1,根据如下公式计算永磁磁链估算值,并对变量s、ss、n初始化赋0:
D1,如果Ni≤c1,则转到步骤A继续进行辨识,否则,结束辨识,并执行步骤E,其中,c1为第一预设常数;
A2,初始化变量,令smin=0、smax=0、Nmin=0、Nmax=0、count=0,其中,smin、smax分别为局部最小值累加值和局部最大值累加值,Nmin、Nmax分别为局部最小值的累加次数和局部最大值的累加次数,count用于指示辨识过程停止;
B2,在每个控制周期做如下运算:
并做如下判断:
如果使w[m]≤w[i],则令smin=smin+w[m],且Nmin=Nmin+1,count=0,以及如果使w[m]≥w[i],则令smax=smax+w[m],且Nmax=Nmax+1,count=0,
其中,数组w[2m+1]用于记录积分信号s(t)从当前时刻起,连续2m+1个控制周期的历史值;
C2,当count>c2,结束辨识过程,并执行步骤D2,否则转到步骤B2,其中,c2为第二预设常数;
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设曲线为线性递增曲线。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的电机永磁磁链的辨识方法。
9.一种电机永磁磁链的辨识装置,其特征在于,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现如权利要求1-7中任一项所述的电机永磁磁链的辨识方法。
10.一种电器设备,其特征在于,包括如权利要求9所述的电机永磁磁链的辨识装置。
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