CN113659906B - 未知电机参数的在线辨识方法 - Google Patents

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    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage

Abstract

未知电机参数的在线辨识方法，从电流传感器得到的各相电流，并经过矢量控制坐标变换，将电机物理模型等效为直流电机模型，再利用遗忘因子最小二乘递推法，得到离散化后的模型与辨识系统的输入、输出、待辨识矩阵一一对应，其中待辨识矩阵中含有多个电机待辨识参数，解算后可实现对电机的交直轴电感、定子电阻与磁链等参数的辨识，最后，实现在未知任何参数的情况下对电机进行在线多个参数辨识。本发明可在不获取任何电机参数信息的情况下，对其控制所需的多个参数进行高效、快速、实用地在线辨识，提高电机系统控制性能和效率，也可用于电机的无位置传感器控制，提升电机系统的鲁棒性和安全性，并拓宽电机的应用领域。

Description

未知电机参数的在线辨识方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种电机控制的在线参数辨识方法。
背景技术
由于我国对于电机出厂参数的标定没有一个统一的国家标准，很多电机在出厂后的参数存在错误以及误差，且电机在运行过程中随着温度的变化，各项参数也会发生变化，这严重影响了电机的系统稳定性。然而，在很多特殊的应用场合，无法对电机离线测量其参数时，在线参数辨识就显得尤为重要，本发明中不需要获取参数对电机进行在线参数辨识，结合遗忘因子最小二乘法。实现对电机的交直轴电感、定子电阻与磁链等多个参数辨识。本发明可在不获取任何电机参数信息的情况下，对其控制所需的多个参数进行高效、快速、实用地在线辨识，提高电机系统控制性能和效率，也可用于电机的无位置传感器控制，提升电机系统的鲁棒性和安全性，并拓宽电机的应用领域。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种未知电机参数的在线辨识方法，不仅算法简单，运算速度快、适用面广，而且能够提高参数的辨识精度与相应速度。
本发明的技术方案是：未知电机参数的在线辨识方法，其特征在于，在实际运行中不需要获取电机参数信息，就能对电机进行在线参数辨识，以三相电机为例的具体步骤如下，其他相数电机也是类似处理：
1）通过电流传感器实时采集各相电流，将采集到的电流通过坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对所述直轴电流id和交轴电流iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制器，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq。
Figure SMS_1
（1）
然后，建立器电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure SMS_2
（2）
Figure SMS_3
（3）
2）接下来，结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识。
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示：
Figure SMS_4
（4）
式中
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表示待辨识参数，/>
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为遗忘因子，y为输出变量，/>
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为输入变量，P为协方差矩阵，K为增益矩阵。下文中的/>
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为电机定子电阻，/>
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为电机电角速度，/>
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为电机永磁磁链。
在电机控制系统中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式（1-4）得到所需的矢量控制参数
Figure SMS_13
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。
离散变换后：
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（5）
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（6）
推导得到：
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（7）
Figure SMS_21
（8）
由于电机参数皆为未知量，在线参数辨识系统为：
Figure SMS_22
（9）
Figure SMS_23
（10）
Figure SMS_24
（11）
Figure SMS_25
（12）
由上述公式（9-12）中的代数方程联立可得到直轴电感Ld、交轴电感Lq、电阻、电气角速度与磁链的辨识值。
Figure SMS_26
（13）
Figure SMS_27
（14）
Figure SMS_28
（15）
Figure SMS_29
（16）
Figure SMS_30
（17）
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的电机在线参数辨识算法，相比于普通的递推最小二乘法而言增加了遗忘因子，能够提高电机的辨识精度，加快辨识效率。在不获取任何电机信息的前提下，对电机参数进行在线辨识，通过辨识能够得到准确的电机电角度等重要参数，是电机精确控制的基础，本方法既能够作为电机无位置传感器控制技术领域的应用基础，又可以作为实时在线辨识参数并实时修正因为环境改变带来的参数变化对控制性能带来的影响，比如温度变化引起的电阻、电感变化，为了达到更好的控制效果，需要对被控对象-电机的参数在控制系统中进行修正；本方法的辨识系统运算相对简单且高效，可广泛应用于各种电机在高速域、环境变化剧烈应用场景的在线参数辨识，也可为其他领域的参数辨识提供技术参考和指南。
附图说明
图1是本发明方法的总框图；
图2是本发明方法以三相电机为例的流程图。
具体实施方式
本发明的技术方案是：未知电机参数的在线辨识方法，其特征在于，在实际运行中不需要获取电机参数信息，就能对电机进行在线参数辨识，以三相电机为例的具体步骤如下，其他相数电机也是类似处理：
1）通过电流传感器实时采集各相电流，将采集到的电流通过坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对所述直轴电流id和交轴电流iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制器，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq。
Figure SMS_31
（1）
然后，建立器电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure SMS_32
（2）
Figure SMS_33
（3）
2）接下来，结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识。
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示，
Figure SMS_34
（4）
式中
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为电机永磁磁链。
在电机控制系统中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式（1-4）得到所需的矢量控制参数
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。
离散变换后：
Figure SMS_48
（5）
Figure SMS_49
（6）
推导得到：
Figure SMS_50
（7）
Figure SMS_51
（8）
由于电机参数皆为未知量，在线参数辨识系统为：
Figure SMS_52
（9）
Figure SMS_53
（10）
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（11）
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（12）
由上述公式（9-12）中的代数方程联立可得到直轴电感Ld、交轴电感Lq、电阻、电气角速度与磁链的辨识值。
Figure SMS_56
（13）
Figure SMS_57
（14）
Figure SMS_58
（15）
Figure SMS_59
（16）
Figure SMS_60
（17）
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.未知电机参数的在线辨识方法，其特征在于，三相电机在运行中，通过电流传感器采集各相电流，结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，不需要获取电机参数信息，就能对电机进行在线参数辨识，具体步骤如下：
1）通过电流传感器实时采集各相电流，将其进行坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对id和iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制方法，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq；
Figure QLYQS_1
（1）
然后，建立电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure QLYQS_2
（2）
Figure QLYQS_3
（3）
2）接下来，结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识；
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示：
Figure QLYQS_4
（4）
式中
Figure QLYQS_5
表示待辨识参数，/>
Figure QLYQS_6
为遗忘因子，y为输出变量，P为协方差矩阵，K为增益矩阵，
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为电机的dq轴电感，/>
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为电机定子电阻，/>
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为电机电角速度，/>
Figure QLYQS_11
为电机永磁磁链；
在电机控制系统中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式(1)-(4)得到所需的矢量控制参数
Figure QLYQS_12
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Figure QLYQS_13
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Figure QLYQS_16
；
离散变换后：
Figure QLYQS_17
（5）
Figure QLYQS_18
（6）
推导得到：
Figure QLYQS_19
（7）
Figure QLYQS_20
（8）
由于电机参数皆为未知量，在线参数辨识系统为：
Figure QLYQS_21
（9）
Figure QLYQS_22
（10）
Figure QLYQS_23
（11）
Figure QLYQS_24
（12）
由上述公式(9)-(12)中的代数方程联立可得到：
Figure QLYQS_25
（13）
Figure QLYQS_26
（14）
Figure QLYQS_27
（15）
Figure QLYQS_28
（16）
Figure QLYQS_29
（17）
由公式(13)-(17)可求得电机直轴电感Ld、交轴电感Lq、电阻、电气角速度与磁链的辨识值。
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