CN112234897A - 永磁同步电机参数辨识方法及其辨识装置和辨识系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机参数辨识方法及其辨识装置和辨识系统。所述控制方法包括以下步骤：控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域；获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q；根据所述轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。本发明永磁同步电机参数辨识方法可以简便的操作精确获取永磁同步电机的参数。

Description

永磁同步电机参数辨识方法及其辨识装置和辨识系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机参数辨识方法及其辨识装置和辨识系统。

背景技术

目前，永磁同步电机以其结构简单、运行可靠、体积小、损耗低、效率高等优点，在电动汽车、数控机床及电子电气领域有着广泛应用。在永磁同步电机的实际应用中，需要先预先辨识永磁同步电机的相关参数，以配置其最优的控制方案。

而在永磁同步电机所采用的弱磁矢量控制方案中需要工程师通过多次实验以预先获取电机的最大转矩电压比曲线以及弱磁表，而采用工程师进行多次试验的方式，不仅最终获取的实验数据存在极大的误差，不利于后续控制方案的设置，且还使得工程师的工作量过大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种永磁同步电机参数辨识系统的控制方法，旨在解决现有永磁同步电机参数辨识方法误差大且操作步骤繁琐的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种永磁同步电机参数辨识方法。所述永磁同步电机参数辨识方法包括以下步骤：

控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域；

获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q；

根据所述轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。

可选地，执行所述控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域的步骤之前，所述永磁同步电机参数辨识方法还包括：

校准永磁同步电机转子磁场的初始位置。

可选地，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流的控制器，所述控制器发送直轴电流的最大值为+I_dmax，最小值为-I_dmax及交轴电流的最大值+I_qmax和最小值-I_qmax；其中，I_max ²＝I_dmax ²+I_qmax ²；

所述向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域包括：

控制控制器在一个辨识周期内按照预设的间隔时间T₁向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

其中，将直轴电流I_d从0至最大值+I_dmax/最小值-I_dmax，按照电流幅度X₁的电流变化量划分为多个，分别为I_d0-I_dmax；

将交轴电流I_q从0至最大值+I_qmax/最小值-I_qmax，按照电流幅度X₂的电流变化量划分为多个，分别为I_q0-I_qmax；

每次从I_d0-I_dmax及I_q0-I_qmax中各选取一个I_d和I_q同步发送至永磁同步电机，直至I_d0-I_dmax和I_q0-I_max被选取完；

在一个辨识周期内，每一次选取时，仅选取直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的一者的正半轴或负半轴的值作为选取对象，直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的另一者从对应的-I_dmax至+I_dmax或者-I_qmax至+I_qmax的范围中选取，以使直轴电流I_d和交轴电流I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域。

可选地，在一个辨识周期内，每一次选取时，仅选取直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的一者的正半轴或负半轴的值作为选取对象，直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的另一者从对应的-I_dmax至+I_dmax或者-I_qmax至+I_qmax的范围中选取具体为：

在一个辨识周期内，每一次选取时，当交轴电流I_q作为选取对象从0至+I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d则从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

当交轴电流I_q作为选取对象从0至-I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d则从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至+I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至-I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取。

可选地，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样的采样单元，所述采样单元的采样时间为T₂；所述获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q的步骤包括：

根据采样时间T₂对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样取值，以获取永磁同步电机直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q。

可选地，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤包括：

获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值Rs；

将轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及电枢电阻R_S代入以下公式：

计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链ψ_f，并关联存储直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及转子永磁磁链ψ_f。

可选地，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤还包括：

获取永磁同步电机的直轴电感的电感值L_d和交轴电感的电感值L_q；

将直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电感L_d和交轴电感L_q及转子永磁磁链ψ_f分别代入以下公式：

2L_d ²(L_d-L_q)I_d ²+(4L_d ²ψ_f-2L_dL_qψ_f)I_d+2L_dψ_f ²-2L_q ²(L_d-L_q)I_q ²＝0及

T_e＝1.5n_p[ψ_fI_q+(L^d-L_q)I_dI_q]

以分别获取永磁同步电机的最大转矩电流比曲线、最大转矩电压比曲线及永磁同步电机的电磁转矩参数；

其中，n_p为转子极对数。

本发明还提出一种永磁同步电机参数辨识装置，所述永磁同步电机参数辨识装置包括：

存储器；

处理器；及

存储在存储器上并可在处理器上运行的永磁同步电机的参数辨识程序，所述处理器执行所述永磁同步电机的参数辨识程序时实现如上所述的永磁同步电机参数辨识方法。

本发明还提出一种所述永磁同步电机参数辨识系统包括：

测功机，用于带动永磁同步电机以预设转速转动；

控制器，用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

采样单元，用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样；以及

上位机，包括如上所述的永磁同步电机参数辨识装置，所述上位机与所述测功机、所述控制器及所述采样单元分别电连接。

可选地，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括：

直流电源输入端，与所述控制器电连接，用于输出直流电源至所述控制器，以使所述控制器可在所述上位机的控制下将直流电源转换为相应的直轴电流和交轴电流，并发送至永磁同步电机；

电枢电阻测量装置，与所述上位机电连接，以用于在上位机的控制下获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值。

本发明永磁同步电机参数辨识方法通过控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送直轴电流I_d和交轴电流I_q，且使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域，并获取相应的直轴电U_d和交轴电压U_q，根据获得的直轴电流I_d、交轴电流I_q及相应的直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。本发明永磁同步电机参数辨识方法通过向永磁同步电机自动发送多组直轴电流I_d、交轴电流I_q，以遍历dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域，并自动获取对应的直轴电压U_d和交轴电压U_q，以计算得到转子永磁磁链，以供工程师后续调用，无需工程师进行多次试验，避免了多次试验中存在的操作误差及工程师的数据处理误差，从而实现以简便的操作精确获取永磁同步电机的参数。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明永磁同步电机参数辨识方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明永磁同步电机参数辨识方法另一实施例的细化流程示意图；

图3为图1中步骤S100另一实施例的细化流程示意图；

图4为图1中步骤S200另一实施例的细化流程示意图；

图5为图1中步骤S300另一实施例的细化流程示意图；

图6为图5中步骤S300另一实施例的细化流程示意图；

图7为本发明永磁同步电机参数辨识方法一实施例中I_d和I_q在dq轴坐标系中所遍历的区域示意图；

图8为本发明永磁同步电机参数辨识装置一实施例硬件运行环境的结构示意图；

图9为本发明永磁同步电机参数辨识系统一实施例的硬件结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种永磁同步电机参数辨识方法，应用于永磁同步电机参数辨识系统中。

永磁同步电机参数辨识系统中可包括有多种用于驱动永磁同步电机运行/处于相应工作状态的设备和装置，以及多种用于获取相应工作状态中永磁同步电机的运行参数的功能单元或模块，以及用于对所获取的运行参数进行相关整合计算并控制整个参数辨识系统运行的上位机。本实施例以对凸极式永磁同步电机进行离线参数识别为例进行说明。

参照图1，在本发明一实施例中，所述永磁同步电机参数辨识方法包括以下步骤：

步骤S100、控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域；

本实施例中，测功机可与上位机通讯连接，以根据上位机输出的相关指令，工作于电动机的状态下，且可以根据上位机输出的相关指令以预设速度拖动待测的永磁同步电机以相同的速度同步转动。可以理解的是，预设速度的大小根据实际需要确定，在此不做限定，本实施例以预设速度为待测永磁同步电机额定转速的2/3为例进行说明。

永磁同步电机参数辨识系统可包括有用于输出三相交流电的逆变单元，以及用于驱动逆变单元工作的相关控制装置。在实际应用中，本领域技术人员可通过将三相交流电流经坐标变换与空间矢量变换推算得到永磁同步电机中交轴电流分量和直轴电流分量，从而可通过调整输入的三相交流电流来控制其直轴电流的电流值I_d和交轴电流的电流值I_q。上述控制装置可与上位机通讯连接，以用于根据上位机输出的控制指令驱动逆变单元输出相应的三相交流电流至待测永磁同步电机的三相输入端，从而实现向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流。本发明永磁同步电机参数辨识方法以永磁同步电机实时获得的交轴电流分量和直轴电流分量的大小为坐标轴构建dq轴坐标系，可以理解的是，dq轴坐标系中每一坐标点都对应着一组发送永磁同步电机的I_d和I_q；通过向永磁同步电机发送多组I_d和I_q对应的直轴电流及交轴电流，且可通过上述方法使多组I_d和I_q的坐标点最终所遍历的区域处于dq轴坐标系相邻象限中轴对称区域。

步骤S200、获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q；

本实施例中，永磁同步电机在预设转速下可根据接收到的三相交流电流，产生相应的三相交流电压。本领域技术人员可通过在永磁同步电机参数辨识系统中设置有采样单元，以用于对永磁同步电机产生的三相交流电压进行实时电压采样，并可返回相应的采样值至主控机；本领域技术人员还可通过在主控机中设置有用于对所述采样值进行分析处理以及坐标变换的硬件电路和软件程序或算法，以获取采样值对应的电压值并对其进行坐标变换，将其转换为永磁同步电机的直轴电压和交轴电压。在上述步骤S100中的测试条件下，可以获得与多组I_d和I_q相对应的多组U_d和U_q。

步骤S300、根据所述轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。

本实例中，由于上位机可通过输出控制指令至相关控制装置来控制输出至永磁同步电机的I_d和I_q，而上位机输出的控制指令、控制装置根据控制指令产生的驱动信号以及逆变单元根据驱动信号输出的三相电流彼此两两之间存在相应的映射关系，因此本领域技术人员可在上位机中设置有相关软件程序计算法以在其输出控制指令时，获得同步输出至永磁同步电机的直轴电流和交轴电流的电流值大小，即I_d和I_q。当然，在其他可选实施例中，还可以通过电流采样单元实时获取I_d和I_q。上位机中预先设置有将I_d、I_q及其对应的U_d和U_q根据相应公式，例如：电压平衡公式及磁链公式，计算得到转子永磁磁链的算法程序，以获取与多组I_d和I_q对应的转子永磁磁链。本领域技术人员还可根据实际需要将多组I_d和I_q及其对应的U_d和U_q与获得的转子永磁磁链关联存储，以用于制定相关曲线或图表，以供后续设计电机控制方案时调用，从而减小工程师的工作量；当然，本领域技术人员还可根据I_d、I_q及U_d、U_q计算获取永磁同步电机的其他参数数据，在此不做限定。

可以理解的是，由于本发明永磁同步电机参数辨识I_d、I_q的处于dq轴坐标系相邻象限中轴对称区域，一个I_d/I_q会对应有一组互为相反数的I_q/I_d，因此在算法程序进行计算时，可增加一组与上述互为相反数的I_q/I_d所形成的公式，以进行联立计算，从而减少一个未知数的计算量。因此，相较于通过多次试验并分别获取多个数据而言，计算量更小。

本发明永磁同步电机参数辨识方法通过控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送直轴电流I_d和交轴电流I_q，且使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域，并获取相应的直轴电U_d和交轴电压U_q，根据获得的直轴电流I_d、交轴电流I_q及相应的直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。本发明永磁同步电机参数辨识方法通过向永磁同步电机自动发送多组直轴电流I_d、交轴电流I_q，以遍历dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域，并自动获取对应的直轴电压U_d和交轴电压U_q，以计算得到转子永磁磁链，以供工程师后续调用，无需工程师进行多次试验，避免了多次试验中存在的操作误差及工程师的数据处理误差，从而实现以简便的操作精确获取永磁同步电机的参数。

参照图2，在本发明一实施例中，执行所述控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域的步骤S100之前，所述永磁同步电机参数辨识方法还包括：

步骤S400、校准永磁同步电机转子磁场的初始位置。

本实施例中，由于在永磁同步电机的矢量控制中，如不能准确的检测永磁同步电机磁场的零位(转子零位)，会导致输入定子的电流不能产生最大扭矩，造成永磁同步电机在测试中输出力矩精度存在明显偏差，影响测试结果获得的相关数据，因此，需要在测试之前对永磁同步电机进行初始转子角度零点定位与校准。

本步骤可通过采用旋变变压器等转子位置测量装置来实现。以旋变变压器为例，旋变变压器等转子可与上位机电连接，旋变变压器中可包括有与电机转子同步转动的变压器转子以及与变压器转子对应设置的变压器定子，且在此步骤中可使永磁同步电机的转子以预设的校准转速转动，以使旋变变压器可根据转子的实时位置输出相应的位置测量信号至上位机，上位机可对接收到的位置测量信号进行分析处理以获取转子的角度信息，并可根据转子的角度信息输出相应的控制指令至逆变单元的控制装置，以使控制装置驱动逆变单元输出三相锁定电流，使永磁同步电机进入零速锁轴状态(零速锁轴状态：当永磁同步电机停止转动时转子与定子绕组磁场方向对齐，夹角θ＝0度)，从而实现永磁同步电机转子磁场的校准。且旋变变压器等转子位置测量装置也可用于在正常测试过程中实时获取转子位置，以为上述步骤中的坐标变换与空间矢量变换提供变换基础。通过校准永磁同步电机转子磁场的初始位置，可进一步提高本发明永磁同步电机参数辨识方法所获取的相关数据的精确度。

参照图3，在本发明一实施例中，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流的控制器，所述控制器发送直轴电流的最大值为+I_dmax，最小值为-I_dmax及交轴电流的最大值+I_qmax和最小值-I_qmax；其中，I_max ²＝I_dmax ²+I_qmax ²；

所述向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域包括：

控制控制器在一个辨识周期内按照预设的间隔时间T₁向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

其中，将直轴电流I_d从0至最大值+I_dmax/最小值-I_dmax，按照电流幅度X₁的电流变化量划分为多个，分别为I_d0-I_dmax；

将交轴电流I_q从0至最大值+I_qmax/最小值-I_qmax，按照电流幅度X₂的电流变化量划分为多个，分别为I_q0-I_qmax；

每次均从I_d0-I_dmax及I_q0-I_qmax中各选取一个I_d和I_q同步发送至永磁同步电机，直至I_d0-I_dmax和I_q0-I_max被选取完；

在一个辨识周期内，每一次选取时，仅选取直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的一者的正半轴或负半轴的值作为选取对象，而直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的另一者从对应的-I_dmax至+I_dmax或者-I_qmax至+I_qmax的范围中选取，以使直轴电流I_d和交轴电流I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域。

每次选取的方式具体为：

在一个辨识周期内，每一次选取时，当交轴电流I_q作为选取对象从0至+I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

或者，当交轴电流I_q作为选取对象从0至-I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d则从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

或者，当直轴电流I_d作为选取对象从0至+I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；

或者，当直轴电流I_d作为选取对象从0至-I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；

本实施例中，上述步骤中的驱动单元及用于驱动逆变单元的控制装置均可设置于控制器中；且由于逆变器单元中相关电子元件的影响，在测试前需要确定控制器所能发送的最大合成电流矢量幅值I_max，以根据I_max确定最大dq轴坐标系上的最大测试区域，从而避免选取处于最大区域之外的测试点。本领域技术人员可利通过相关程序语言，例如：M语言，设置控制器的间隔时间T₁以及选定I_d和I_q在dq轴坐标系上所遍历的区域；且间隔时间T₁、电流幅度X₁及电流幅度X₂均根据实际需要确定，在此不做限定。在一可选实施例中间隔时间T₁为5S，电流幅度X₁及电流幅度X₂均为选取为50。

可以理解的是：当交轴电流I_q作为选取对象从0至+I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；此时发送到至永磁同步电机的I_d和I_q处于dq轴坐标系上的第一象限和第二象限，M语言可以为：

I_q＝0:X₁:+I_qmax、I_d＝0:X₂:+I_dmax及

I_q＝0:X₁:+I_qmax、I_d＝0:-X₂:-I_dmax；

当交轴电流I_q作为选取对象从0至-I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；此时发送到至永磁同步电机的I_d和I_q处于dq轴坐标系上的第三象限和第四象限，M语言可以为：

I_q＝0:-X₁:-I_qmax、I_d＝0:-X₂:-I_dmax及

I_q＝0:-X₁:-I_qmax、I_d＝0:X₂:+I_dmax；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至+I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；此时发送到至永磁同步电机的I_d和I_q处于dq轴坐标系上的第一象限和第四象限，M语言可以为：

I_d＝0:X₂:+I_dmax、I_q＝0:X₁:+I_qmax及

I_d＝0:X₂:+I_dmax、I_q＝0:-X₁:-I_qmax；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至-I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；此时发送到至永磁同步电机的I_d和I_q处于dq轴坐标系上的第二象限和第三象限，M语言可以为：

I_d＝0:-X₂:-I_dmax、I_q＝0:X₁:+I_qmax及

I_d＝0:-X₂:-I_dmax、I_q＝0:-X₁:-I_qmax；

当然，在一个辨识周期内，发送顺序还可以为先发送处于第二象限的I_d和I_q的组合坐标，再发送第一象限；或者，还可以为先发送处于第四象限的组合坐标，再发送第三象限；或者，还可以为先发送处于第四象限的组合坐标，再发送第一象限；或者，还可以为先发送处于第三象限的组合坐标，再发送第二象限。在实际应用中，测试区域可根据实际需要，在最大测试区域中自由选取；且当存在多个辨识周期时，发送顺序可以为上述顺序的任意一种的或多种组合，在此均不作限定。通过遍历dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域内所有I_d和I_q的组合，可充分获取永磁同步电机在多种测试条件下的相应数据，以为后续调用提供充足的数据样本。

参照图4，在本发明一实施例中，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样的采样单元，所述采样单元的采样时间为T₂；所述获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q的步骤S200包括：

根据采样时间T₂对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样取值，以获取永磁同步电机直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q。

本实施例中，采样单元的采样时间T₂应小于等于控制器发送I_d和I_q的间隔时间T₁。采样单元用于获取永磁同步电机在采样时间内的直轴电压U_d和交轴电压U_q，并将该时间内获取到的直轴电压U_d和交轴电压U_q经相应的取值运算，例如：取平均值，后作为该组I_d和I_q所对应的直轴电压U_d和交轴电压U_q输出至上位机。在一可选实施例中，采样时间设置为间隔时间中的中间3S，以在该组I_d和I_q在永磁同步电机中运行稳定后对其采样取值。如此设置，可减小U_d和U_q由于切换I_d和I_q所导致的波动误差。

参照图5，在本发明一实施例中，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤S300包括：

步骤S310、获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值Rs；

本实施中，电枢电阻为永磁同步电机定子每相电阻的阻值。可采用直流测试法，在测试开始前通过上位机输出控制指令至控制器，以使控制器向永磁同步电机发送一方向不变、幅值固定的电压矢量，由于发送的为直流电流，定子绕组的电抗值为零，此时定子绕组可看做纯电阻，并通过获取所发送的直流电流的电流值以及定子的电压值，可以根据相应公式计算得到电枢电阻Rs。

步骤S320、将轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及电枢电阻R_S代入以下公式：

及

计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链ψ_f，并关联存储直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及转子永磁磁链ψ_f。

本实施中，上位机中还可集成有用于将直轴电流I_d、交轴电流I_q与直轴电压U_d和交轴电压U_q及电枢电阻R_S根据上述公式进行运算的软件程序或算法，以在上位机获取到与I_d和I_q对应的U_d和U_q时，将相应的数据代入上述公式计算得到转子永磁磁链ψ_f。具体为：已知Rs及多组I_d、I_q、U_d、U_q的组合，且在稳态下可以忽略公式(1)中的微分项：ω_eψ_q及ω_eψ_d；而直轴电感L_d和交轴电感L_q的值与I_d及I_q的大小存在公式二的变化关系，将公式(2)代入公式(1)后，只存在三个未知数：直轴电感L_d、交轴电感L_q及转子永磁磁链ψ_f；由于一个I_d/I_q会对应有一组互为相反数的I_q/I_d，代入一组(I_d，I_q)的实验数据可得到两个方程，再带入与其互为相反数的(-I_d，I_q)或(I_d，-I_q)的实验数据，可再得到两个方程，排除一个相同I_d/I_q所形成的共同方程，三个方程组解三个未知数，从而可得到与该组I_d、I_q、U_d、U_q相对应的转子永磁磁链ψ_f。当然，在其他可选实施例中，当电机处于非稳态时，还可以通过测量微分项：ω_eψ_q及ω_eψ_d的相关数据来进行计算。且上位机还可根据本领域技术人员预先存储的软件程序或算法，将直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及转子永磁磁链ψ_f以相应的形式，例如：表格，关联存储，以方便后续工程师使用相关数据的时候调用查询。

参照图6，在本发明一实施例中，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤S300还包括：

步骤S330、获取永磁同步电机的直轴电感的电感值L_d和交轴电感的电感值L_q；

本实施例中，在根据上述公式(1)和公式(1)计算得到转子永磁磁链ψ_f时，可同时计算得到永磁同步电机的直轴电感的电感值L_d和交轴电感的电感值L_q。在实际测试中，本步骤S330与上述步骤S320可同步发生。

步骤S340、将直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电感L_d和交轴电感L_q及转子永磁磁链ψ_f分别代入以下公式：

2L_d ²(L_d-L_q)I_d ²+(4L_d ²ψ_f-2L_dL_qψ_f)I_d+2L_dψ_f ²-2L_q ²(L_d-L_q)I_q ²＝0 (4)

及

T_e＝1.5n_p[ψ_fI_q+(L_d-L_q)I_dI_q] (5)

以分别获取永磁同步电机的最大转矩电流比曲线、最大转矩电压比曲线及永磁同步电机的电磁转矩参数；

其中，n_p为转子极对数。

本实施例中，上位机中还可存储有根据公式(3)、(4)和(5)对直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电感L_d和交轴电感L_q及转子永磁磁链ψ_f进行处理的软件算法或程序，以用于将获取的多组I_d、I_q、L_d和L_q及ψ_f按照上述公式绘制得到永磁同步电机的最大转矩电流比曲线、最大转矩电压比曲线以及获取永磁同步电机的电磁转矩参数。以方便后续工程师在设置永磁同步电机控制方案时使用。

需要注意的是，本域技术人员可通过将永磁同步电机的三相电枢通过电阻进行星形短接，然后使用示波器测量电机在转动下的电枢和中心点的反电势的方法(电机转子旋转一周对应的反电势变化周期数为电机极对数的两倍)，获取转子极对数n_p；且可以理解的是，转子极对数n_p的获取方法根据实际需要确定，在此不做限定。

参照图8，本发明还提供一种永磁同步电机参数辨识装置，所述永磁同步电机参数辨识装置包括：

存储器101；

处理器102；及

存储在存储器101上并可在处理器102上运行的永磁同步电机的参数辨识程序，所述处理器102执行所述永磁同步电机的参数辨识程序时实现如上所述的永磁同步电机参数辨识方法。

本实施例中，存储器101可以为高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器，存储器101可选的还可以是独立于前述控制装置的存储装置；处理器102可以为CPU。存储器101和处理器102之间以通信总线103连接，该通信总线103可以是UART总线或I2C总线。

参照图9，本发明还提供一种永磁同步电机参数辨识系统，所述永磁同步电机参数辨识系统包括：

测功机210，用于带动永磁同步电机以预设转速转动；

控制器220，用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

采样单元230，用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样；以及

上位机240，包括如上所述的永磁同步电机参数辨识装置，所述上位机240与所述测功机210、所述控制器220及所述采样单元230分别电连接。

本实施例中，控制器220可包括PI调节单元221及逆变单元222。PI调节单元221可与上位机240电连接；逆变单元222可分别与直流电源输入端250、PI调节单元221及永磁同步电机电连接。在进行参数辨识之前，本领域技术人员可通过上位机240整定PI调节单元221中的电流环的PI参数，以使PI调节单元221在参数辨识过程中，可根据上位机240实时输出的控制指令输出相应的PWM控制信号，以驱动逆变单元222可输出相应的三相交流电流。其中，逆变单元222可以采用多个可控硅构建的三相逆变电路或者多电平变换器来实现，在此不做限制。

上位机240可以采用PC总线工业电脑IPC、可编程控制系统PLC、分散型控制系统DCS或数控系统CNC等工控机来实现。上位机240可通过各种通信接口及线路与永磁同步电机参数辨识系统中其他功能装置或单元通讯连接，以用于根据其集成的永磁同步电机的参数辨识程序驱动相应的功能装置或单元工作，并接收相关功能装置或单元在工作时所反馈的各种信号及数据，通过对信号及数据进行相应的分析处理，从而可实现本发明永磁同步电机参数辨识方法。当然，本领域技术人员还可以通过上位机240来设定永磁同步电机参数辨识系统中其他功能装置或单元的相关工作参数，例如：可通过上位机240设定控制器220发送I_d和I_q至永磁同步电机的间隔时间T₁，以及设定采样单元230的采样时间T₂。如此设置，可使得上位机240自动控制整个永磁同步电机的参数辨识系统对永磁同步电机进行参数辨识，从而有利于解决现有辨识方法操作不方便的问题。

参照图8，，在本发明一实施例中，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括：

直流电源输入端250，与所述控制器220电连接，用于输出直流电源至所述控制器220，以使所述控制器220可在所述上位机240的控制下将直流电源转换为相应的直轴电流和交轴电流，并发送至永磁同步电机；

电枢电阻测量装置260，与所述上位机240电连接，以用于在上位机240的控制下获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值。

本实施例中，直流电源输入端250可以与蓄电池组、AC-DC/DC-DC电路的输出端连接，以用于接入稳定的直流电压并输出至控制器220的输入端。电枢电阻阻值的测量还可以采用分立的电枢电阻测量装置260来实现，电枢电阻测量装置260可根据上位机240输出控制指令，向永磁同步电机发送用于测量电枢电阻的直流电流，且可获取直流电流的电流值及定子在该直流电流下的电压值，并将上述电流值及电压值返回至上位机240，以供上位机240可计算得到永磁同步电机的电枢电阻的阻值Rs。

可以理解的是，图9中示出的永磁同步电机参数辨识系统的硬件结构并不构成对本发明永磁同步电机参数辨识系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机参数辨识方法，应用于永磁同步电机参数辨识系统，所述永磁同步电机参数辨识系统包括测功机，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识方法包括以下步骤：

控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域；

获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q；

根据所述轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，执行所述控制测功机以预设速度带动永磁同步电机转动，以及向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域的步骤之前，所述永磁同步电机参数辨识方法还包括：

校准永磁同步电机转子磁场的初始位置。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流的控制器，所述控制器发送直轴电流的最大值为+I_dmax，最小值为-I_dmax及交轴电流的最大值+I_qmax和最小值-I_qmax；其中，I_max ²＝I_{d max} ²+I_{q max} ²；

所述向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流，并使I_d和I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域包括：

控制控制器在一个辨识周期内按照预设的间隔时间T₁向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

其中，将直轴电流I_d从0至最大值+I_dmax/最小值-I_dmax，按照电流幅度X₁的电流变化量划分为多个，分别为I_d0-I_dmax；

将交轴电流I_q从0至最大值+I_qmax/最小值-I_qmax，按照电流幅度X₂的电流变化量划分为多个，分别为I_q0-I_qmax；

每次从I_d0-I_dmax及I_q0-I_qmax中各选取一个I_d和I_q同步发送至永磁同步电机，直至I_d0-I_dmax和I_q0-I_max被选取完；

在一个辨识周期内，每一次选取时，仅选取直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的一者的正半轴或负半轴的值作为选取对象，直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的另一者从对应的-I_dmax至+I_dmax或者-I_qmax至+I_qmax的范围中选取，以使直轴电流I_d和交轴电流I_q处于dq轴坐标系中相邻象限的轴对称区域。

4.如权利要求3所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，在一个辨识周期内，每一次选取时，仅选取直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的一者的正半轴或负半轴的值作为选取对象，直轴电流I_d和交轴电流I_q两者中的另一者从对应的-I_dmax至+I_dmax或者-I_qmax至+I_qmax的范围中选取具体为：

在一个辨识周期内，每一次选取时，当交轴电流I_q作为选取对象从0至+I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d则从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

当交轴电流I_q作为选取对象从0至-I_qmax的范围中选取时，直轴电流I_d则从-I_dmax至+I_dmax的范围中选取；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至+I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取；

当直轴电流I_d作为选取对象从0至-I_dmax的范围中选取时，交轴电流I_q则从-I_qmax至+I_qmax的范围中选取。

5.如权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样的采样单元，所述采样单元的采样时间为T₂；所述获取永磁同步电机的直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q的步骤包括：

根据采样时间T₂对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样取值，以获取永磁同步电机直轴电压的电压值U_d和交轴电压的电压值U_q。

6.如权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤包括：

获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值Rs；

将轴对称区域的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及电枢电阻R_S代入以下公式：

计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链ψ_f，并关联存储直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q及转子永磁磁链ψ_f。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述根据所述相邻象限的直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电压U_d和交轴电压U_q，计算得到永磁同步电机的转子永磁磁链的步骤还包括：

获取永磁同步电机的直轴电感的电感值L_d和交轴电感的电感值L_q；

将直轴电流I_d、交轴电流I_q、直轴电感L_d和交轴电感L_q及转子永磁磁链ψ_f分别代入以下公式：

2L_d ²(L_d-L_q)I_d ²+(4L_d ²ψ_f-2L_dL_qψ_f)I_d+2L_dψ_f ²-2L_q ²(L_d-L_q)I_q ²＝0及

T_e＝1.5n_p[ψ_fI_q+(L_d-L_q)I_dI_q]

以分别获取永磁同步电机的最大转矩电流比曲线、最大转矩电压比曲线及永磁同步电机的电磁转矩参数；

其中，n_p为转子极对数。

8.一种永磁同步电机参数辨识装置，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识装置包括：

存储器；

处理器；及

存储在存储器上并可在处理器上运行的永磁同步电机的参数辨识程序，所述处理器执行所述永磁同步电机的参数辨识程序时实现如权利要求1-7任一项所述的永磁同步电机参数辨识方法。

9.一种永磁同步电机参数辨识系统，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识系统包括：

测功机，用于带动永磁同步电机以预设转速转动；

控制器，用于向永磁同步电机发送电流值为I_d的直轴电流和电流值为I_q的交轴电流；

采样单元，用于对永磁同步电机的直轴电压和交轴电压进行采样；以及

上位机，包括如权要求8所述的永磁同步电机参数辨识装置，所述上位机与所述测功机、所述控制器及所述采样单元分别电连接。

10.如权利要求9所述的一种永磁同步电机参数辨识系统，其特征在于，所述永磁同步电机参数辨识系统还包括：

直流电源输入端，与所述控制器电连接，用于输出直流电源至所述控制器，以使所述控制器可在所述上位机的控制下将直流电源转换为相应的直轴电流和交轴电流，并发送至永磁同步电机；

电枢电阻测量装置，与所述上位机电连接，以用于在上位机的控制下获取永磁同步电机的电枢电阻的阻值。

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