CN114448319A - 一种永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质，其包括以下步骤：基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。本发明涉及的一种永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质，由于饥饿博弈搜索算法具有较强的全局搜索能力，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数，能满足前期大范围探索和后期开发搜索深度的需要，能够实现永磁同步电机参数的快速准确辨识。

Description

一种永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电机参数辨识技术领域，特别涉及一种永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前，永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、控制性能好的优点，然而在其运行中，由于运行状况的改变，电机运行温度、磁路饱和等变化会造成电机参数的变化，对基于电机参数的电机控制、状态监控等造成极大影响。因此，亟需合适的永磁同步电机参数在线辨识方法。
相关技术中，随着智能控制技术的不断发展，出现许多针对永磁同步电机参数辨识的寻优算法，但部分智能寻优算法存在容易陷入局部最优，全局搜索能力不强或搜索空间不够的问题。
因此，有必要设计一种新的永磁同步电机参数辨识方法，以克服上述问题。
发明内容
本发明实施例提供一种永磁同步电机参数辨识方法，以解决相关技术中部分智能寻优算法存在容易陷入局部最优，全局搜索能力不强或搜索空间不够的问题。
第一方面，提供了一种永磁同步电机参数辨识方法，其包括以下步骤：基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。
一些实施例中，所述基于电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型，包括：基于永磁同步电机的电流、电压和转速，建立永磁同步电机定子离散电压方程；基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型。
一些实施例中，所述基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型，包括：将d轴电流为0代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第一电机模型；将另一d轴电流值代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第二电机模型；基于第一电机模型和永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型；基于第一电机模型和第二电机模型建立永磁同步电机dq轴理论模型。
一些实施例中，所述基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数，包括：步骤a：初始化算法参数和每个个体的位置
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，其中，算法参数包括：种群规模N，最大迭代次数T，饥饿感下限LH，搜索空间上限UB和搜索空间下限LB；步骤b：计算每个个体的适应度值；步骤c：更新最佳个体的位置
Figure 197979DEST_PATH_IMAGE002
、最佳适应度值BF和最差适应度值WF；步骤d：计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，并将迭代次数加1；步骤e：判断迭代次数是否大于最大迭代次数，若是则输出辨识参数，否则返回步骤b。
一些实施例中，所述计算每个个体的适应度值，包括：基于永磁同步电机dq轴模型建立适应度函数；根据适应度函数计算每个个体的适应度值。
一些实施例中，所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，包括：根据最佳适应度值BF、最差适应度值WF、搜索空间上限UB、搜索空间下限LB、适应度值和饥饿感下限LH，计算饥饿值；根据饥饿值计算饥饿权重。
一些实施例中，在所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重之后，还包括：更新每个个体的位置
Figure 98808DEST_PATH_IMAGE001
。
第二方面，提供了一种永磁同步电机参数辨识装置，其包括：建模模块，其用于基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；搜索修正模块，其用于基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。
第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现上述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种永磁同步电机参数辨识方法，由于饥饿博弈搜索算法具有较强的全局搜索能力，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数，能满足前期大范围探索和后期开发搜索深度的需要，能够实现永磁同步电机参数的快速准确辨识。
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为本发明实施例提供的一种永磁同步电机参数辨识方法的流程图；
图2为图1中S2的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。
本发明实施例提供了一种永磁同步电机参数辨识方法，其能解决相关技术中部分智能寻优算法存在容易陷入局部最优，全局搜索能力不强或搜索空间不够的问题。
参见图1所示，为本发明实施例提供的一种永磁同步电机参数辨识方法，其可以包括以下步骤：
S1：基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型。
S2：基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。
进一步，于步骤S1之前，可以先采集永磁同步电机三相线电流、三相线电压和转速信号，通过Park变换得到旋转坐标系下的直轴电流、交轴电流、相直轴电压、相交轴电压和电角速度，以用于后续建立永磁同步电机dq轴模型。也即，本实施例中的永磁同步电机的状态信息可以为三相线电流、三相线电压和转速信号，当然，当需要对永磁同步电机的其他参数进行辨识优化时，也可以采集电机的其他参数用于后续的建模步骤。
在一些实施例中，所述基于电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型，可以包括：基于永磁同步电机的电流、电压和转速，建立永磁同步电机定子离散电压方程；基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型。
在建立永磁同步电机定子离散电压方程时，可以忽略永磁同步电机铁损，并认为在稳态情况下
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，在旋转坐标系下，永磁同步电机定子离散电压方程为：
Figure 347387DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
分别表示d轴电压，q轴电压，d轴电流和q轴电流，
Figure 477017DEST_PATH_IMAGE006
表示转子的电角速度，
Figure 25810DEST_PATH_IMAGE007
为定子电阻，
Figure 582693DEST_PATH_IMAGE008
分别为d轴电感和q轴电感，
Figure 849726DEST_PATH_IMAGE009
为永磁体磁链幅值，k表示为第k次采集的数据。
进一步，所述基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型，可以包括：将d轴电流为0代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第一电机模型；将另一d轴电流值代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第二电机模型；基于第一电机模型和永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型；基于第一电机模型和第二电机模型建立永磁同步电机dq轴理论模型。
其中，采用
Figure 783047DEST_PATH_IMAGE010
（也即d轴电流为0）的控制策略，由式（1）可得第一电机模型：
Figure 186347DEST_PATH_IMAGE011
，
通过式（1）和式（2）可得永磁同步电机dq轴实际模型
Figure 179711DEST_PATH_IMAGE012
的值。
对永磁同步电机注入另一d轴电流（也即此时d轴电流不为0）可得另外一个二阶电机模型（也即第二电机模型）；第二电机模型结合第一电机模型可得四阶模型：
Figure 917728DEST_PATH_IMAGE013
，
其中，下标加0表示处于
Figure 389161DEST_PATH_IMAGE014
控制策略下，加“^”表示为理论模型计算得到的辨识值，不加“^”表示实际测量得到的值。
由式（3）可得永磁同步电机dq轴理论模型
Figure 646967DEST_PATH_IMAGE015
的值。
参见图2所示，在一些实施例中，所述基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数，可以包括以下步骤：
步骤a：初始化算法参数和每个个体的位置
Figure 76811DEST_PATH_IMAGE016
，其中，算法参数包括：种群规模N，最大迭代次数T，饥饿感下限LH，搜索空间上限UB和搜索空间下限LB。
步骤b：计算每个个体的适应度值。
步骤c：更新最佳个体的位置
Figure 52857DEST_PATH_IMAGE017
、最佳适应度值BF和最差适应度值WF。其中，适应度值最小的个体为最佳个体。
步骤d：计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，并将迭代次数加1。
步骤e：判断迭代次数是否大于最大迭代次数，若是则输出辨识参数，算法运行结束，否则返回步骤b，继续按照步骤b、c、d、e的顺序进行。
进一步，饥饿算法的数学模型描述如下：
接近食物：
Figure 62402DEST_PATH_IMAGE018
，
其中，
Figure 705873DEST_PATH_IMAGE019
；t表示当前迭代数；
Figure 775460DEST_PATH_IMAGE020
表示饥饿权重；
Figure 238802DEST_PATH_IMAGE021
表示最佳个体的位置；
Figure 317617DEST_PATH_IMAGE022
为常数。
E的计算公式为：
Figure 550015DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 305350DEST_PATH_IMAGE024
为适应度函数；BF为最佳适应度值。
于步骤b中，所述计算每个个体的适应度值，可以包括：基于永磁同步电机dq轴模型建立适应度函数；根据适应度函数计算每个个体的适应度值。
其中，适应度函数
Figure 255989DEST_PATH_IMAGE025
为：
Figure 872915DEST_PATH_IMAGE026
式中，
Figure 959819DEST_PATH_IMAGE027
为权重，本实施例中，优选认为四个参数同等重要，因此可以将这四个权重均取0.25，当然，在其他实施例中，也可以根据实际情况将
Figure 636788DEST_PATH_IMAGE027
设置为不等的值，保证这四个值之和为1即可。
优选的，
Figure 74723DEST_PATH_IMAGE028
的计算公式为：
Figure 229761DEST_PATH_IMAGE029
Figure 436751DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 550201DEST_PATH_IMAGE031
，T代表最大迭代数，t表示当前迭代数。
进一步，所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，可以包括：根据最佳适应度值BF、最差适应度值WF、搜索空间上限UB、搜索空间下限LB、适应度值和饥饿感下限LH，计算饥饿值；根据饥饿值计算饥饿权重。
饥饿权重
Figure 209852DEST_PATH_IMAGE032
的计算方法为：
Figure 168581DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 230078DEST_PATH_IMAGE034
，
其中，
Figure 498117DEST_PATH_IMAGE035
；N是个体数量；
Figure 645065DEST_PATH_IMAGE036
为对所有个体
Figure 407484DEST_PATH_IMAGE037
值求和的结果；
Figure 589067DEST_PATH_IMAGE037
值的公式为：
Figure 513161DEST_PATH_IMAGE038
，
其中，H的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 147404DEST_PATH_IMAGE040
，
其中，WF代表最差适应度值；UB、LB为搜索空间上限和搜索空间下限；LH为饥饿感下限。
进一步，于步骤d中，在所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重之后，还可以包括：更新每个个体的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE041
。其中，可以根据公式（5）计算E，根据公式（7）计算
Figure 182356DEST_PATH_IMAGE042
，然后根据公式（4）更新个体的位置。
本发明实施例提供了一种永磁同步电机参数辨识方法，在满足迭代次数后，可以快速准确的辨识输出定子电阻
Figure DEST_PATH_IMAGE043
、d轴电感
Figure 218445DEST_PATH_IMAGE044
、q轴电感
Figure DEST_PATH_IMAGE045
、永磁体磁链幅值
Figure 297129DEST_PATH_IMAGE046
等参数，具有较强的全局搜索能力，并能满足前期大范围探索和后期开发搜索深度的需要，能够实现永磁同步电机参数的快速准确辨识。
本发明实施例还提供了一种永磁同步电机参数辨识装置，其可以包括：建模模块，其用于基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；以及搜索修正模块，其用于基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。其中，永磁同步电机dq轴模型可以采用上述任意一种方法建立，且搜索修正模块可以实现上述任意一种饥饿博弈搜索算法对永磁同步电机参数进行识别及修正。
本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现上述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意结合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如：同轴电缆、光纤、数据用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如：红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质，或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如：数字通用光盘(Digital Versatile Disc，DVD))或半导体介质(例如：固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
以上所述为本申请提供的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，其包括以下步骤：
基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；
基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。
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，所述基于电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型，包括：
基于永磁同步电机的电流、电压和转速，建立永磁同步电机定子离散电压方程；
基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型。
3.如权利要求2所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述基于永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型和dq轴理论模型，包括：
将d轴电流为0代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第一电机模型；
将另一d轴电流值代入永磁同步电机定子离散电压方程，获得第二电机模型；
基于第一电机模型和永磁同步电机定子离散电压方程建立永磁同步电机dq轴实际模型；
基于第一电机模型和第二电机模型建立永磁同步电机dq轴理论模型。
4.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，所述基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数，包括：
步骤a：初始化算法参数和每个个体的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中，算法参数包括：种群规模N，最大迭代次数T，饥饿感下限LH，搜索空间上限UB和搜索空间下限LB；
步骤b：计算每个个体的适应度值；
步骤c：更新最佳个体的位置
Figure 563244DEST_PATH_IMAGE002
、最佳适应度值BF和最差适应度值WF；
步骤d：计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，并将迭代次数加1；
步骤e：判断迭代次数是否大于最大迭代次数，若是则输出辨识参数，否则返回步骤b。
5.如权利要求4所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述计算每个个体的适应度值，包括：
基于永磁同步电机dq轴模型建立适应度函数；
根据适应度函数计算每个个体的适应度值。
6.如权利要求4所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重，包括：
根据最佳适应度值BF、最差适应度值WF、搜索空间上限UB、搜索空间下限LB、适应度值和饥饿感下限LH，计算饥饿值；
根据饥饿值计算饥饿权重。
7.如权利要求4所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，在所述计算所有个体的饥饿值和饥饿权重之后，还包括：更新每个个体的位置
Figure 49720DEST_PATH_IMAGE001
。
8.一种永磁同步电机参数辨识装置，其特征在于，其包括：
建模模块，其用于基于永磁同步电机的状态信息建立永磁同步电机dq轴模型；
搜索修正模块，其用于基于永磁同步电机dq轴模型，利用饥饿博弈搜索算法识别及修正永磁同步电机参数。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的永磁同步电机参数辨识方法中所执行的操作。
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吕家兵等: "PMSM位置伺服系统的复合自抗扰控制", 《自动化与仪器仪表》 *

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