CN113949316B - 一种永磁同步电机参数识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：获得永磁同步电机稳定后的直流激励电压的有效值以及直轴电流信号的有效值，计算得到定子绕组电阻的阻值；在永磁同步电机的直轴注入一组不同频率的交流激励电压则得到直轴电流信号集；在永磁同步电机的交轴注入一组不同频率的交流激励电压，得到交轴电流信号集；通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的直轴电感的值及永磁同步电机的交轴电感的值。本发明提供的辨识方法易于集成于电机控制软件中，实施方便，辨识准确，具有较好的应用价值，对永磁同步电机及其控制系统的推广应用具有积极意义。

Description

一种永磁同步电机参数识别方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机参数识别方法，属于永磁同步电机控制技术领域。
背景技术
随着电力传动技术的发展，其自动化程度越来越高。而电力与动力转换的核心部件-电机，也已蓬勃发展，各类型电机“百花争艳”。永磁同步电机，以其高功率密度、高效率、优异控制性能而逐步在新能源汽车、伺服装置、电动工具、压缩机、风机、水泵等各种场合获得广泛应用。
永磁同步电机一般采用矢量控制或直接转矩控制等高性能控制算法，以最大程度发挥其性能优势。而上述控制算法的实施依赖于电机定子绕组电阻、直轴电感、交轴电感等参数的准确获得。
在一些应用领域，永磁同步电机不宜或不便配置位置传感器，则实施高性能控制算法的前提是在无位置传感器情况下辨识出转子位置，这一辨识过程更需在电机定子绕组电阻、直轴电感、交轴电感参数已知的情况下进行。
现有技术中，控制器对于永磁同步电机参数的获取多依赖设计计算或试验测试，不能自动识别适配永磁同步电机参数。一些具备自动识别算法的控制器，存在算法实施较为困难或准确度不高的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：控制器无法简捷、准确的自动识别出永磁同步电机参数。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在永磁同步电机的假想直轴注入一直流激励电压u1，迫使永磁同步电机转子实际直轴摆动到假想直轴处，待其稳定使得永磁同步电机转子保持静止状态并维持一段时间后，采集永磁同步电机三相电流响应信号，通过坐标转换将三相电流响应信号转换为直轴电流信号i1；
永磁同步电机静止时，其直轴等效为直轴电感Ld与定子绕组电阻Rs串联的直轴阻感电路，其交轴等效为交轴电感Lq与定子绕组电阻Rs串联的交轴阻感电路；
步骤2、获得永磁同步电机稳定后的直流激励电压u1的有效值U1以及直轴电流信号i1的有效值I1，计算得到定子绕组电阻Rs的阻值Rs，
Figure BDA0003316156180000021
步骤3、在永磁同步电机的直轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)，其中，f1，f2，...，fn为n个不同频率；每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)，将该组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)定义为直轴电流信号集；
步骤4、在永磁同步电机的交轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)；每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)，将该组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)定义为交轴电流信号集；
步骤5、计算得到交流激励电压u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)的有效值U21(f1)，U22(f2)，...，U2n(fn)；计算得到直轴电流信号集中三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)的有效值I21(f1)，I22(f2)，...，I2n(fn)；通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的直轴电感Ld的值Ld；
计算得到交流激励电压u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)的有效值U31(f1)，U32(f2)，...，U3n(fn)；计算得到交轴电流信号集中三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)的有效值I31(f1)，I32(f2)，...，I3n(fn)；通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的交轴电感Lq的值Lq。
优选地，所述坐标转换包括以下步骤：将三相电流响应信号通过3/2变换以及旋转变换后转换为直轴电流信号及交轴电流信号。
优选地，步骤3及步骤4中，每个频率所取稳定时间段为对应频率电压周期整数倍。
优选地，步骤5中，采用以下公式进行最小二乘法矩阵计算，求得Ld或Lq的最小二乘拟合值：
Z＝(AT·A)-1·AT·B
式中：
Figure BDA0003316156180000031
或者
Figure BDA0003316156180000032
Figure BDA0003316156180000033
Figure BDA0003316156180000034
或者
Figure BDA0003316156180000035
本发明提供的辨识方法，通过预定位环节将永磁同步电机的D、Q轴位置确定，通过坐标转换将三相永磁同步电机参数辨识问题简化为R、L串联支路的辨识问题，通过最小二乘法，提高辨识精确度。本发明提供的辨识方法易于集成于电机控制软件中，实施方便，辨识准确，具有较好的应用价值，对永磁同步电机及其控制系统的推广应用具有积极意义。
附图说明
图1为永磁同步电机物理简化模型；
图2为辨识过程D轴等效电路；
图3为辨识过程Q轴等效电路；
图4为辨识激励信号实施步骤示意。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种永磁同步电机参数识别方法，包括以下步骤：
步骤1、在永磁同步电机的假想直轴注入一直流激励电压U1，迫使永磁同步电机转子实际D轴摆动到假想D轴(α轴)处，待其稳定使得永磁同步电机转子保持静止状态并维持一段时间后，采集永磁同步电机三相电流响应信号，通过坐标转换将三相电流响应信号转换为直轴电流信号I1。
永磁同步电机静止时，其物理简化模型如图1所示。D轴等效为如图2所示的直轴电感Ld与定子绕组电阻Rs串联的D轴阻感电路，Q轴等效为如图3所示的交轴电感Lq与定子绕组电阻Rs串联的Q轴阻感电路。
本实施例中，具体通过以下步骤实现坐标转换：
将收集到的三相电流响应信号通过3/2变换、旋转变换后转换为D轴电流信号及Q轴电流信号，其中：
3/2变换公式为：
Figure BDA0003316156180000041
式中，A、B、C分别表示A相电流信号、B相电流信号、C相电流信号，α、β表示转换得到的两相电流信号。
旋转变换公式为：
Figure BDA0003316156180000042
其中，由于已将D轴牵引并保持至α轴位置静止，因此上式简化为：
Figure BDA0003316156180000043
d表示D轴电流信号，q表示Q轴电流信号。
电压激励信号由内部软件发生直接作用于D轴，计算时无需再进行坐标变换处理。D、Q轴施加的电压激励是通过旋转变换、2/3变换后最终作用于A、B、C三相的电压：
2/3变换公式为：
Figure BDA0003316156180000044
逆旋转变换公式为
Figure BDA0003316156180000045
由于d轴已固定至α轴，θ＝0；则上式简化为
Figure BDA0003316156180000046
步骤2、获得永磁同步电机稳定后的直流激励电压U1的有效值U1以及直轴电流信号I1的有效值I1，计算得到定子绕组电阻Rs的阻值Rs，
Figure BDA0003316156180000047
步骤3、在永磁同步电机的D轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)，其中，f1，f2，...，fn为n个不同频率，即对于图2所示的图阻感端口，施加不同频率的交流激励电压u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)。每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)，将该组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)定义为D轴电流信号集；
步骤4、在永磁同步电机的Q轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)，即对于图3所示的图阻感端口，施加不同频率的交流激励电压u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)。每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i33(fn)，将该组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i33(fn)定义为Q轴电流信号集。
步骤5、计算得到交流激励电压u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)的有效值U21(f1)，U22(f2)，...，U2n(fn)；计算得到D轴电流信号集中三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i22(fn)的有效值I21(f1)，I22(f2)，...，I2n(fn)。通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的D轴电感Ld的值Ld。
计算得到交流激励电压u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)的有效值U31(f1)，U32(f2)，...，U3n(fn)；计算得到Q轴电流信号集中三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)的有效值I31(f1)，I32(f2)，...，I3n(fn)。通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的Q轴电感Lq的值Lq。
本实施例中，采用以下公式进行最小二乘法矩阵计算，求得Ld或Lq的最小二乘拟合值：
Z＝(AT·A)-1·AT·B
式中：
Figure BDA0003316156180000051
或者
Figure BDA0003316156180000052
Figure BDA0003316156180000053
Figure BDA0003316156180000054
或者
Figure BDA0003316156180000055

Claims (4)

1.一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在永磁同步电机的假想直轴注入一直流激励电压u1，迫使永磁同步电机转子实际直轴摆动到假想直轴处，待其稳定使得永磁同步电机转子保持静止状态并维持一段时间后，采集永磁同步电机三相电流响应信号，通过坐标转换将三相电流响应信号转换为直轴电流信号i1；
永磁同步电机静止时，其直轴等效为直轴电感Ld与定子绕组电阻Rs串联的直轴阻感电路，其交轴等效为交轴电感Lq与定子绕组电阻Rs串联的交轴阻感电路；
步骤2、获得永磁同步电机稳定后的直流激励电压u1的有效值U1以及直轴电流信号i1的有效值I1，计算得到定子绕组电阻Rs的阻值Rs，
Figure FDA0003316156170000011
步骤3、在永磁同步电机的直轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)，其中，f1，f2，...，fn为n个不同频率；每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)，将该组三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)定义为直轴电流信号集；
步骤4、在永磁同步电机的交轴注入一组不同频率的交流激励电压，定义为u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)；每个频率取一稳定时间段，采集当前频率下的永磁同步电机三相电流响应信号，则得到一组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)，将该组三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)定义为交轴电流信号集；
步骤5、计算得到交流激励电压u21(f1)，u22(f2)，...，u2n(fn)的有效值U21(f1)，U22(f2)，...，U2n(fn)；计算得到直轴电流信号集中三相电流响应信号i21(f1)，i22(f2)，...，i2n(fn)的有效值I21(f1)，I22(f2)，...，I2n(fn)；通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的直轴电感Ld的值Ld；
计算得到交流激励电压u31(f1)，u32(f2)，...，u3n(fn)的有效值U31(f1)，U32(f2)，...，U3n(fn)；计算得到交轴电流信号集中三相电流响应信号i31(f1)，i32(f2)，...，i3n(fn)的有效值I31(f1)，I32(f2)，...，I3n(fn)；通过最小二乘法矩阵计算，分步求解得到永磁同步电机的交轴电感Lq的值Lq。
2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，所述坐标转换包括以下步骤：将三相电流响应信号通过3/2变换以及旋转变换后转换为直轴电流信号及交轴电流信号。
3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，步骤3及步骤4中，每个频率所取稳定时间段为对应频率电压周期整数倍。
4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机参数识别方法，其特征在于，步骤5中，步骤5中，采用以下公式进行最小二乘法矩阵计算，求得Ld或Lq的最小二乘拟合值：
Z＝(AT·A)-1·AT·B
式中：
Figure FDA0003316156170000021
或者
Figure FDA0003316156170000022
Figure FDA0003316156170000023
Figure FDA0003316156170000024
或者
Figure FDA0003316156170000025
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