CN112366989A - 一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法 - Google Patents

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马利娇
赵云龙
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2103/00—Controlling arrangements characterised by the type of generator
    • H02P2103/20—Controlling arrangements characterised by the type of generator of the synchronous type

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Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法。该方法的具体步骤包括：在室温下检测电机三相绕组电阻值和电感值，存储在寄存器中；电机运行时，实时检测电机母线电压、电流值及电机转速，带入电机参数辨识模型，辨识出电机三相绕组电阻和电感值；将辨识后的电阻和电感值与初始值相减，差值带入电机转子位置估算方程，可估算电磁参数漂移导致的换相误差角，补偿换相误差，提高控制精度。

Description

一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法。
背景技术
目前无刷直流电机大都采用位置传感器或无位置传感器检测电机转子位置，通过组合逻辑信号控制逆变桥六个开关管接通或断开，产生旋转磁场，实现电机绕组换相，驱动电机旋转。电机在长时间满载运行时，电机内部温度可达100摄氏度以上，电机电磁参数会在高温环境下产生漂移，导致电机转子位置检测出现误差。通过检测电机电压或电流变化可估算电机转子位置检测误差，但电机全转速运行过程中，电压和电流变化范围较大，传感器难以保证实时高精度检测，且估算中引入的数学运算又会导致系统误差。
此外，检测电路中的逻辑器件也会导致误差累计，限制了无刷直流电机转子位置检测精度，进而降低了系统效率。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，能同时适用于有位置传感器和无位置传感器的无刷直流电机控制系统，实时补偿电机换相误差，提高系统效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，包括以下步骤：
A、在室温下检测电机三相绕组电阻值和电感值的初始值，存储在寄存器中；
B、电机运行时，实时检测电机母线电压、电流值及电机转速，带入电机参数辨识模型，辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值；
C、将辨识后的电阻值和电感值与所述的初始值相减，差值带入电机转子位置估算方程，估算电磁参数漂移导致的换相误差角度，补偿换相误差。
电机参数辨识模型为2阶6参数电机模型，所述的电机转子位置估算方程为基于磁链计算的转子位置角度观测方程。
步骤A中，在室温下采用LCR表检测无刷直流电机三相绕组的电阻值和电感值，多次测量后取平均值，存储在控制系统存储器中。
步骤B中，电机运行时，通过电压、电流和速度传感器实时检测母线电压、电流和电机转速值，每隔1分钟记录一次，并将数据代入所述的电机参数辨识模型方程中，基于经验分析构建2阶6参数的电机模型，通过电压、电流和电机转速值辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值。
应用于采用位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
应用于无位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度与无位置算法估算角度相叠加后转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、解决了电机电磁参数温漂导致的电机转子位置检测误差。
2、将参数温漂转换成检测误差角度，便于与有/无位置传感器的无刷直流电机控制系统集成；
3、将电机模型等效成2阶6参数模型，既保证了估算精度又减小了计算量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如附图1所示，包括以下步骤：
A、在室温下检测电机三相绕组电阻值和电感值的初始值，存储在寄存器中；
B、电机运行时，实时检测电机母线电压、电流值及电机转速，带入电机参数辨识模型，辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值；
C、将辨识后的电阻值和电感值与所述的初始值相减，差值带入电机转子位置估算方程，估算电磁参数漂移导致的换相误差角度，补偿换相误差。
电机参数辨识模型为2阶6参数电机模型，所述的电机转子位置估算方程为基于磁链计算的转子位置角度观测方程。
电机模型的具体数学公式和计算方式：
无刷直流电机功率与电磁功率，等于三相绕组的相反电动势与相电流乘积之和
Pe＝eAiA+eBiB+eCiC (1)
不计转子的机械损耗和杂散损耗，电磁功率全部转化为转子动能，所以
Pe＝TeΩ (2)
式中：Te——电磁转矩；
Ω——电机机械角速度。
由式(1)和式(2)得
Figure BDA0002787576060000031
可以得到转矩方程的另一种形式
Te＝p[ΨmfA(θ)iA+ΨmfB(θ)iB+ΨmfC(θ)iC] (4)
式中：p——电机极对数
式(4)可以化简为
Te＝2pΨmiA＝KTi (5)
式中：KT——电机转矩系数；
i——稳态时的绕组相电流。
电机运动方程
Figure BDA0002787576060000032
式中：TL——负载转矩；
J——转子转动惯量；
BV——黏滞摩擦系数。
以A、B相绕组导通为例，有
Figure BDA0002787576060000033
Figure BDA0002787576060000034
不计换相暂态过程，即不考虑反电动势的梯形斜边，则A相和B相稳态导通时，eA和eB的大小相等、符号相反，式(8)写为
Figure BDA0002787576060000035
式中：Ud——直流母线电压；
ra——绕组线电阻，ra＝2R；
La——绕组等效线电感，La＝2(L-M)；
ke——线反电动势系数，ke＝2pΨm＝4pNSBm。
式(9)，将电流用角速度来表示，可得到母线电压和角速度之间的关系，进而推出电机传递函数。
将式(5)入式(6)得到
Figure BDA0002787576060000041
考虑空载情况，此时的电枢电流为
Figure BDA0002787576060000042
将式(11)带入式(9)得到
Figure BDA0002787576060000043
因此
Figure BDA0002787576060000044
对式(13)拉普拉斯变换并整理，得到无刷直流电机的传递函数为
Figure BDA0002787576060000045
根据Z变换的已知定义，可以得到z＝esT，且：
Figure BDA0002787576060000046
为了由Gu(s)求Gu(z)，由式(15)可得：
Figure BDA0002787576060000047
且有：
Figure BDA0002787576060000048
由此可得：
Figure BDA0002787576060000049
该式可改写成：
Gu(z)＝(-a1z-1-…-anz-n)Gu(z)+(b0+b1z-1+…+bmz-m)Ω(z) (19)
上式在时域内表示为：
Figure BDA00027875760600000410
由此可得，传递函数为：
Gu(k)＝-a1Gu(k-1)-a2Gu(k-2)-a3Gu(k-3)+b0Ω(k)+b1Ω(k-1)+b2Ω(k-2) (21)
经过推导得到参数a1,a2,a3,b0,b1,b2六个参数，分别用来模拟电机绕组三相电阻和电感值。基于磁链计算的转子位置角度观测方程：
无刷直流电机的磁链方程：
Figure BDA0002787576060000051
其中λir(θ)电机转子位置方程,ke反电动势系数,f(θ)转子位置磁链.带入电机三相反电动势方程可知：
Figure BDA0002787576060000052
以a相为例，定义电机位置磁链比值函数：
Figure BDA0002787576060000053
另外两相为：
Figure BDA0002787576060000054
Figure BDA0002787576060000055
在实际操作时，忽略电机电阻和电感变化的影响可的：
Figure BDA0002787576060000056
对于无刷直流电机，反电动势可展开近似为：
Figure BDA0002787576060000057
将(28)带入(25)，(26)，(27)可得：
Figure BDA0002787576060000058
定义换相前后G′ζ(θ)x＝1,2,3的积分面积分别为：
Figure BDA0002787576060000059
因此通过检测电路中电压和电流值带入(30)可估算积分面积的变化，定义：ΔS＝S1-S2为换相前后积分面积变化值。当
Figure BDA0002787576060000061
基于(31)即可估算转子位置误差。
步骤A中，在室温下采用LCR表检测无刷直流电机三相绕组的电阻值和电感值，多次测量后取平均值，存储在控制系统存储器中。
步骤B中，电机运行时，通过电压、电流和速度传感器实时检测母线电压、电流和电机转速值，每隔1分钟记录一次，并将数据代入所述的电机参数辨识模型方程中，基于经验分析构建2阶6参数的电机模型，通过电压、电流和电机转速值辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，应用于采用位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
换算方法如下：
当电机极对数为P，转速为v时，假设换相误差角度为φ，此时电机转频
Figure BDA0002787576060000062
电机转动周期为
Figure BDA0002787576060000063
当误差角度为φ时，产生的误差时间
Figure BDA0002787576060000064
通过定时器延时Tφ后可补偿换相误差。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于，应用于无位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度与无位置算法估算角度相叠加后转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
具体换算方法类似实施例二。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，包括以下步骤：
A、在室温下检测电机三相绕组电阻值和电感值的初始值，存储在寄存器中；
B、电机运行时，实时检测电机母线电压、电流值及电机转速，带入电机参数辨识模型，辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值；
C、将辨识后的电阻值和电感值与所述的初始值相减，差值带入电机转子位置估算方程，估算电磁参数漂移导致的换相误差角度，补偿换相误差。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，其特征在于，所述的电机参数辨识模型为2阶6参数电机模型，所述的电机转子位置估算方程为基于磁链计算的转子位置角度观测方程。
3.根据权利要求1所述的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，其特征在于，所述的步骤A中，在室温下采用LCR表检测无刷直流电机三相绕组的电阻值和电感值，多次测量后取平均值，存储在控制系统存储器中。
4.根据权利要求1所述的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，其特征在于，所述的步骤B中，电机运行时，通过电压、电流和速度传感器实时检测母线电压、电流和电机转速值，每隔1分钟记录一次，并将数据代入所述的电机参数辨识模型方程中，基于经验分析构建2阶6参数的电机模型，通过电压、电流和电机转速值辨识出电机三相绕组电阻值和三相绕组电感值。
5.根据权利要求1所述的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，其特征在于，应用于采用位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
6.根据权利要求1所述的一种基于参数辨识的无刷直流电机控制方法，其特征在于，应用于无位置传感器的无刷直流电机控制系统时，将估算的换相误差角度与无位置算法估算角度相叠加后转换成误差时间，通过定时器延时补偿换相误差。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113839586A (zh) * 2021-09-28 2021-12-24 北京信息科技大学 高速小电枢无刷直流电机三相反电动势解耦检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112600A (ja) * 2000-07-27 2002-04-12 Toyo Electric Mfg Co Ltd 位置センサレス永久磁石形同期電動機の制御装置
JP2009254081A (ja) * 2008-04-03 2009-10-29 Honda Motor Co Ltd 電動機の制御装置
CN102291079A (zh) * 2011-07-05 2011-12-21 东南大学 直驱永磁同步风电系统无速度传感器控制算法
CN103595320A (zh) * 2013-06-27 2014-02-19 南京航空航天大学 一种用于三相电励磁双凸极电机的高速无位置运行技术
CN106788064A (zh) * 2017-03-10 2017-05-31 南京理工大学 基于emd‑elm的感应电机定子电阻参数识别方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112600A (ja) * 2000-07-27 2002-04-12 Toyo Electric Mfg Co Ltd 位置センサレス永久磁石形同期電動機の制御装置
JP2009254081A (ja) * 2008-04-03 2009-10-29 Honda Motor Co Ltd 電動機の制御装置
CN102291079A (zh) * 2011-07-05 2011-12-21 东南大学 直驱永磁同步风电系统无速度传感器控制算法
CN103595320A (zh) * 2013-06-27 2014-02-19 南京航空航天大学 一种用于三相电励磁双凸极电机的高速无位置运行技术
CN106788064A (zh) * 2017-03-10 2017-05-31 南京理工大学 基于emd‑elm的感应电机定子电阻参数识别方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113839586A (zh) * 2021-09-28 2021-12-24 北京信息科技大学 高速小电枢无刷直流电机三相反电动势解耦检测方法

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