CN114499323A - 基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，涉及永磁同步电机控制领域，该方法通过向永磁同步电机中注入高频正弦电压，然后采集电机实时相电流，经过坐标变换、数学计算以及一阶低通滤波滤除信号中的
Figure 559700DEST_PATH_IMAGE001
高频成分得到用于辨识的电流信号
Figure 474567DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 808596DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 150716DEST_PATH_IMAGE004
，然后利用闭环跟踪的方式，最终可以准确辨识出磁极初始位置、定子相电阻、直轴电感和交轴电感。

Description

基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，尤其是一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法。
背景技术
永磁同步电机以其功率密度大、效率高、噪音小、转速调节范围宽等特点，被广泛用于两轮电动自行车、高速电动摩托车及电动汽车上。在永磁同步电机驱动器软件开发过程中，准确辨识出电机参数至关重要，需要准确辨识出的电机参数主要包括：
1、转子磁极初始位置，其重要性表现在如几方面：(1)只有在电机启动之前准确获得磁极初始位置，才能在启动及加速过程中输出最大扭矩，从而挖掘出电机爬坡及加速的最大能力。(2)在高速电动摩托车及电动汽车上使用的一般都是内插式永磁同步电机(IPM)，对于这类电机，为了在低速恒扭矩区输出最大扭矩，并在高速恒功率区获得快速的弱磁电流响应，需要在台架上提前对电机进行标定。如果后期在批量生产过程中电机的磁极初始位置不准确，则恒扭矩区输出扭矩达不到标定时的值，恒功率区输出不了标定的最大功率，全转速范围内电机效率将显著下降。更为严重的是可能导致运行失控，如松油门转速会继续上升，踩刹车停不下来等情况，从而酿成交通事故。
2、定子相电阻、
Figure 658169DEST_PATH_IMAGE001
轴电感和
Figure 44151DEST_PATH_IMAGE002
轴电感，其用途包括如下两方面：(1)用于电流闭环控制时
Figure 417363DEST_PATH_IMAGE001
轴和
Figure 281414DEST_PATH_IMAGE002
轴之间的前馈解耦。(2)用于对
Figure 689262DEST_PATH_IMAGE001
轴和
Figure 980566DEST_PATH_IMAGE002
轴电流闭环PI系数进行参数自整定，以从而避免繁琐的手动调整过程。
采用高频电压注入法来辨识出上述电机参数是目前常用的方法，但是传统的高频电压注入法为了简化数学模型，忽略了定子相电阻，但是这样会导致两个不利的结果：一是电机动态方程中不含有定子相电阻
Figure 841075DEST_PATH_IMAGE003
项，所以不能在没有其它方法辅助条件下直接辨识出定子相电阻。二是由于忽略
Figure 508816DEST_PATH_IMAGE003
引起的有功功率，即认为功率因素角
Figure 771170DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 826851DEST_PATH_IMAGE005
度，所以在辨识出的磁极初始位置里就会含有误差项
Figure 315601DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 521455DEST_PATH_IMAGE007
为角频率，
Figure 363947DEST_PATH_IMAGE008
为电机电感，从而在一定程度上影响磁极初始位置辨识的精度。这种影响会引起实际
Figure 387267DEST_PATH_IMAGE009
轴电流参考值与标定数据之间的偏差，这种偏差对高速恒功率区运行时的性能影响尤为明显，通常认为要想保证永磁同步电机全速度范围内的高效率运行，电机磁极初始位置辨识电角度误差不能超过
Figure 97734DEST_PATH_IMAGE010
。因此目前的高频电压注入法所实现的电机参数辨识的精确度不够，从而影响了整个电机的性能。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，本发明的技术方案如下：
一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，该方法包括：
在转子估算旋转坐标系
Figure 966332DEST_PATH_IMAGE011
中给永磁同步电机注入第一高频正弦电压
Figure 78645DEST_PATH_IMAGE012
，其中给
Figure 7287DEST_PATH_IMAGE013
轴施加电压为
Figure 205050DEST_PATH_IMAGE014
、给
Figure 877340DEST_PATH_IMAGE015
轴施加电压为0；转子估算旋转坐标系
Figure 844159DEST_PATH_IMAGE011
的坐标原点
Figure 209281DEST_PATH_IMAGE016
与定子两相静止坐标系
Figure 628761DEST_PATH_IMAGE017
的坐标原点
Figure 104742DEST_PATH_IMAGE018
重合，转子估算旋转坐标系
Figure 660488DEST_PATH_IMAGE011
的
Figure 196511DEST_PATH_IMAGE013
轴与
Figure 699693DEST_PATH_IMAGE015
轴相互垂直；
Figure 589151DEST_PATH_IMAGE019
表示跟踪角度且为
Figure 389617DEST_PATH_IMAGE013
轴与定子两相静止坐标系
Figure 96542DEST_PATH_IMAGE017
中的
Figure 490614DEST_PATH_IMAGE020
轴之间的夹角，定子两相静止坐标系
Figure 42818DEST_PATH_IMAGE017
中的
Figure 573157DEST_PATH_IMAGE020
轴与永磁同步电机的A相轴线重合，
Figure 513300DEST_PATH_IMAGE021
为角频率，
Figure 722564DEST_PATH_IMAGE022
为电压幅值，
Figure 78459DEST_PATH_IMAGE023
表示时间，
Figure 728883DEST_PATH_IMAGE024
为虚数单位；
对采集到的永磁同步电机的A相第一实时电流
Figure 514961DEST_PATH_IMAGE025
和B相第一实时电流
Figure 883626DEST_PATH_IMAGE026
转换到转子估算旋转坐标系
Figure 839949DEST_PATH_IMAGE011
中得到与跟踪角度
Figure 735093DEST_PATH_IMAGE027
相关的
Figure 564509DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 404157DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 242800DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 461292DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 854752DEST_PATH_IMAGE032
；
基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型、利用PI控制器对
Figure 932429DEST_PATH_IMAGE033
设计角度闭环跟踪系统，基于角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 699397DEST_PATH_IMAGE019
辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 178920DEST_PATH_IMAGE034
，在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时利用
Figure 740351DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 305325DEST_PATH_IMAGE036
辨识得到定子相电阻估算值
Figure 610404DEST_PATH_IMAGE037
和直轴电感估算值
Figure 678854DEST_PATH_IMAGE038
，其中函数
Figure 676766DEST_PATH_IMAGE039
表示一阶低通滤波算法；
在
Figure 729036DEST_PATH_IMAGE040
方向给永磁同步电机注入第二高频正弦电压
Figure 306648DEST_PATH_IMAGE041
，并基于采集到的永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 760763DEST_PATH_IMAGE042
和B相第二实时电流
Figure 398418DEST_PATH_IMAGE043
辨识得到交轴电感估算值
Figure 62617DEST_PATH_IMAGE044
。
其进一步的技术方案为，对
Figure 584865DEST_PATH_IMAGE033
设计角度闭环跟踪系统，包括：
基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 32769DEST_PATH_IMAGE045
轴估算电流
Figure 982271DEST_PATH_IMAGE031
的表达式为：
Figure 868187DEST_PATH_IMAGE046
；
其中，
Figure 302448DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 327561DEST_PATH_IMAGE048
；
对
Figure 572597DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 86755DEST_PATH_IMAGE031
乘以
Figure 75440DEST_PATH_IMAGE049
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 93074DEST_PATH_IMAGE050
高频成分再乘以-1得到
Figure 774591DEST_PATH_IMAGE033
表示为：
Figure 510466DEST_PATH_IMAGE051
；
基于
Figure 302842DEST_PATH_IMAGE033
的表达式设计角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度依次经过
Figure 174983DEST_PATH_IMAGE052
和表示为
Figure 27401DEST_PATH_IMAGE053
的一阶低通滤波算法，将参考值0与
Figure 984993DEST_PATH_IMAGE053
的输出的差值作为PI控制器的输入；其中滤波常数
Figure 315480DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 307707DEST_PATH_IMAGE055
是滤波截止频率且
Figure 331026DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 775914DEST_PATH_IMAGE057
是角度跟踪精度，
Figure 913022DEST_PATH_IMAGE058
是第一高频正弦电压的频率且有
Figure 25335DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 953976DEST_PATH_IMAGE060
是直轴电感，
Figure 10794DEST_PATH_IMAGE061
是交轴电感，
Figure 135614DEST_PATH_IMAGE062
是定子相电阻，
Figure 102433DEST_PATH_IMAGE063
是磁极初始位置实际角，其中PI控制器的控制律为
Figure 204905DEST_PATH_IMAGE064
且积分系数
Figure 889965DEST_PATH_IMAGE065
，
Figure 365945DEST_PATH_IMAGE066
为
Figure 780746DEST_PATH_IMAGE066
平面参数，
Figure 785611DEST_PATH_IMAGE067
为表示设计裕量的系数。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
对
Figure 551442DEST_PATH_IMAGE033
的表达式简化为：
Figure 34376DEST_PATH_IMAGE068
；
基于
Figure 975787DEST_PATH_IMAGE069
的取值在0的误差范围内的特征，进一步对
Figure 213870DEST_PATH_IMAGE033
的表达式简化为
Figure 607943DEST_PATH_IMAGE070
；
基于简化后
Figure 416937DEST_PATH_IMAGE033
的表达式对角度闭环跟踪系统进行简化，得到简化后的角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度与干扰项的输出的差值经过被控对象，将角度0与被控对象的输出的差值作为PI控制器的输入，被控对象包括依次经过的
Figure 212855DEST_PATH_IMAGE071
和
Figure 90681DEST_PATH_IMAGE072
，磁极初始位置实际角
Figure 972049DEST_PATH_IMAGE073
经过
Figure 327944DEST_PATH_IMAGE074
作为干扰项的输出；
基于简化后的角度闭环跟踪系统进行PI控制器的参数整定得到积分系数
Figure 837423DEST_PATH_IMAGE075
。
其进一步的技术方案为，基于简化后的角度闭环跟踪系统进行PI控制器的参数整定，包括：
结合
Figure 495937DEST_PATH_IMAGE076
的设定对简化后的角度闭环跟踪系统中的被控对象
Figure 723656DEST_PATH_IMAGE077
处理为
Figure 883242DEST_PATH_IMAGE078
；
对于控制律设定为
Figure 122594DEST_PATH_IMAGE079
的PI控制器，按照临界阻尼进行整定取
Figure 342222DEST_PATH_IMAGE080
；
基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型确定得到
Figure 198183DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 630301DEST_PATH_IMAGE029
的表达式，并对
Figure 117302DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 383198DEST_PATH_IMAGE029
的表达式乘以
Figure 913405DEST_PATH_IMAGE081
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 149215DEST_PATH_IMAGE082
高频成分得到
Figure 363158DEST_PATH_IMAGE035
的表达式为：
Figure 455748DEST_PATH_IMAGE083
；
在取
Figure 207672DEST_PATH_IMAGE084
且设定
Figure 453365DEST_PATH_IMAGE085
的基础上，将
Figure 912028DEST_PATH_IMAGE035
的表达式简化为
Figure 519727DEST_PATH_IMAGE086
，结合
Figure 431051DEST_PATH_IMAGE087
并取
Figure 274242DEST_PATH_IMAGE088
倍设计裕量，得到积分系数
Figure 462778DEST_PATH_IMAGE089
，将
Figure 366012DEST_PATH_IMAGE090
代入得到积分系数
Figure 764632DEST_PATH_IMAGE091
。
其进一步的技术方案为，基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 21301DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 454556DEST_PATH_IMAGE031
的表达式包括：
结合第一高频正弦电压注入时电机转速
Figure 263112DEST_PATH_IMAGE092
的特征，将永磁同步电机在转子实际旋转坐标系
Figure 24395DEST_PATH_IMAGE093
中的包括定子相电阻
Figure 212318DEST_PATH_IMAGE062
的电机动态模型
Figure 375446DEST_PATH_IMAGE094
简化为
Figure 620483DEST_PATH_IMAGE095
，
Figure 134641DEST_PATH_IMAGE096
表示
Figure 123326DEST_PATH_IMAGE097
轴电压，
Figure 140960DEST_PATH_IMAGE098
表示
Figure 556898DEST_PATH_IMAGE099
轴电压，
Figure 417407DEST_PATH_IMAGE100
表示
Figure 819569DEST_PATH_IMAGE097
轴电流，
Figure 81923DEST_PATH_IMAGE101
表示
Figure 872025DEST_PATH_IMAGE099
轴电流，
Figure 688671DEST_PATH_IMAGE102
表示转子永磁体产生的链过定子的磁链，转子实际旋转坐标系
Figure 160104DEST_PATH_IMAGE093
的坐标原点
Figure 26033DEST_PATH_IMAGE016
与转子估算旋转坐标系
Figure 783774DEST_PATH_IMAGE011
的坐标原点
Figure 494241DEST_PATH_IMAGE016
以及定子两相静止坐标系
Figure 628419DEST_PATH_IMAGE017
的坐标原点
Figure 475152DEST_PATH_IMAGE016
均重合，转子实际旋转坐标系
Figure 403794DEST_PATH_IMAGE093
的
Figure 335978DEST_PATH_IMAGE001
轴与
Figure 273847DEST_PATH_IMAGE002
轴相互垂直；
将第一高频正弦电压转换到转子实际旋转坐标系
Figure 240666DEST_PATH_IMAGE093
中得到
Figure 74630DEST_PATH_IMAGE103
，并代入简化后的电机动态模型中，得到转子实际旋转坐标系
Figure 884323DEST_PATH_IMAGE093
中的
Figure 235670DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 181629DEST_PATH_IMAGE101
的表达式为：
Figure 327439DEST_PATH_IMAGE104
；
去除
Figure 361779DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 516817DEST_PATH_IMAGE101
中的瞬态过程项，得到电流稳定后的表达式为：
Figure 317283DEST_PATH_IMAGE105
；
将电流稳定后的转子实际旋转坐标系
Figure 899574DEST_PATH_IMAGE093
中的
Figure 418280DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 111429DEST_PATH_IMAGE101
变换到转子估算旋转坐标系
Figure 766401DEST_PATH_IMAGE011
中，得到
Figure 519594DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 260017DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 756857DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 531915DEST_PATH_IMAGE031
的表达式为：
Figure 456009DEST_PATH_IMAGE106
。
其进一步的技术方案为，基于角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 949307DEST_PATH_IMAGE107
辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 984259DEST_PATH_IMAGE108
，包括：
当确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，向
Figure 613824DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 708819DEST_PATH_IMAGE109
方向分别注入相同的电压矢量
Figure 426763DEST_PATH_IMAGE110
，经过相同的时间间隔
Figure 265406DEST_PATH_IMAGE111
后分别采集响应电流矢量，若
Figure 15057DEST_PATH_IMAGE107
方向的响应电流矢量的幅值小于
Figure 280953DEST_PATH_IMAGE109
方向的响应电流矢量的幅值，则确定磁极初始位置估算角
Figure 483264DEST_PATH_IMAGE112
，否则确定磁极初始位置估算角
Figure 719073DEST_PATH_IMAGE113
。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
在角度闭环跟踪系统运行过程中，计算最近历史时长
Figure 198596DEST_PATH_IMAGE114
内PI控制器输出的所有跟踪角度的最大值与最小值的角度差值
Figure 760028DEST_PATH_IMAGE115
，当角度差值
Figure 325001DEST_PATH_IMAGE116
时确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态，并将历史时长
Figure 630080DEST_PATH_IMAGE114
内PI控制器输出的所有跟踪角度的均值作为角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 229689DEST_PATH_IMAGE107
，
Figure 962022DEST_PATH_IMAGE117
是角度跟踪精度。
其进一步的技术方案为，辨识得到定子相电阻估算值
Figure 748712DEST_PATH_IMAGE118
和直轴电感估算值
Figure 857482DEST_PATH_IMAGE119
，包括在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，辨识得到：
Figure 311598DEST_PATH_IMAGE120
；
其中，
Figure 217761DEST_PATH_IMAGE121
。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 491748DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 138630DEST_PATH_IMAGE029
的表达式为：
Figure 181672DEST_PATH_IMAGE122
；
其中，
Figure 255807DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 282669DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 467663DEST_PATH_IMAGE060
是直轴电感，
Figure 896370DEST_PATH_IMAGE061
是交轴电感，
Figure 141407DEST_PATH_IMAGE062
是定子相电阻，
Figure 389985DEST_PATH_IMAGE063
是磁极初始位置实际角；
对
Figure 113091DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 520938DEST_PATH_IMAGE029
乘以
Figure 812242DEST_PATH_IMAGE123
并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 672751DEST_PATH_IMAGE124
高频成分得到
Figure 340493DEST_PATH_IMAGE035
，对
Figure 594058DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 56263DEST_PATH_IMAGE029
乘以
Figure 404068DEST_PATH_IMAGE125
并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 875500DEST_PATH_IMAGE124
高频成分得到
Figure 992361DEST_PATH_IMAGE126
：
Figure 625468DEST_PATH_IMAGE127
；
当角度闭环跟踪系统达到稳定状态时
Figure 460568DEST_PATH_IMAGE128
，简化得到与直轴电感
Figure 204534DEST_PATH_IMAGE129
和定子相电阻
Figure 175901DEST_PATH_IMAGE130
相关的
Figure 245488DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 36726DEST_PATH_IMAGE131
：
Figure 974595DEST_PATH_IMAGE132
；
基于简化后的
Figure 675835DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 40957DEST_PATH_IMAGE126
的表达式，在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时辨识得到定子相电阻估算值
Figure 460437DEST_PATH_IMAGE133
和直轴电感估算值
Figure 939348DEST_PATH_IMAGE134
。
其进一步的技术方案为，基于采集到的永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 760673DEST_PATH_IMAGE135
和B相第二实时电流
Figure 296697DEST_PATH_IMAGE136
辨识得到交轴电感估算值
Figure 203473DEST_PATH_IMAGE137
，包括：
对采集到的永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 483145DEST_PATH_IMAGE135
和B相第二实时电流
Figure 158976DEST_PATH_IMAGE136
转换到转子估算旋转坐标系
Figure 600322DEST_PATH_IMAGE011
中得到与
Figure 994394DEST_PATH_IMAGE138
相关的
Figure 812178DEST_PATH_IMAGE139
轴二次估算电流
Figure 467150DEST_PATH_IMAGE140
；
根据
Figure 954763DEST_PATH_IMAGE141
利用
Figure 960765DEST_PATH_IMAGE142
和
Figure 457606DEST_PATH_IMAGE143
辨识得到交轴电感估算值
Figure 232664DEST_PATH_IMAGE137
。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，该方法在进行电机参数辨识时，保留了电机动态模型中的定子相电阻这一项，通过向永磁同步电机中注入高频正弦电压，然后采集电机实时相电流，经过坐标变换、数学计算以及一阶低通滤波滤除信号中的
Figure 156757DEST_PATH_IMAGE050
高频成分得到用于辨识的电流信号
Figure 387406DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 422358DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 317502DEST_PATH_IMAGE126
，然后利用闭环跟踪的方式，最终可以准确辨识出磁极初始位置、定子相电阻、直轴电感和交轴电感，辨识准确度和精度高。
该方法可用于内嵌式永磁同步电机的电机参数辨识，同时基于
Figure 412497DEST_PATH_IMAGE001
轴磁路饱和的凸极效应，因此该方法也可用于表贴式永磁同步电机的电机参数辨识，适用范围广。
附图说明
图1是本申请的电机参数辨识方法中涉及到的不同坐标系之间的关系示意图。
图2是一个实施例中的离散参数辨识方法的信息流向示意图。
图3是一个实施例中设计的角度闭环跟踪系统的控制框图。
图4是对图3简化后的角度闭环跟踪系统的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，辨识的电机参数包括磁极初始位置、定子相电阻、直轴电感和交轴电感，该辨识方法中涉及到的多个坐标系如图1所示。其中，定子两相静止坐标系
Figure 127512DEST_PATH_IMAGE017
、转子实际旋转坐标系
Figure 966155DEST_PATH_IMAGE093
和转子估算旋转坐标系
Figure 450226DEST_PATH_IMAGE011
的坐标原点
Figure 716122DEST_PATH_IMAGE016
均重合。定子两相静止坐标系
Figure 918433DEST_PATH_IMAGE017
包括与永磁同步电机的A相轴线重合的
Figure 295188DEST_PATH_IMAGE020
轴，以及与
Figure 899345DEST_PATH_IMAGE020
轴垂直的
Figure 336142DEST_PATH_IMAGE144
轴。转子实际旋转坐标系
Figure 25750DEST_PATH_IMAGE093
包括
Figure 206195DEST_PATH_IMAGE097
轴及其垂直的
Figure 664858DEST_PATH_IMAGE099
轴，
Figure 272557DEST_PATH_IMAGE097
轴与
Figure 186811DEST_PATH_IMAGE017
坐标系的
Figure 295581DEST_PATH_IMAGE020
轴之间的夹角即为磁极初始位置实际角
Figure 484117DEST_PATH_IMAGE145
，该角度是未知的。转子估算旋转坐标系
Figure 387351DEST_PATH_IMAGE011
包括
Figure 926917DEST_PATH_IMAGE028
轴及其垂直的
Figure 308220DEST_PATH_IMAGE030
轴，
Figure 616841DEST_PATH_IMAGE028
轴与
Figure 690977DEST_PATH_IMAGE017
坐标系中的
Figure 717838DEST_PATH_IMAGE020
轴之间的夹角为跟踪角度
Figure 902832DEST_PATH_IMAGE146
，本申请的核心是利用
Figure 65960DEST_PATH_IMAGE011
坐标系相对于
Figure 310997DEST_PATH_IMAGE017
坐标系形成的跟踪角度
Figure 684209DEST_PATH_IMAGE146
来逼近确定电机参数。本申请包括如下步骤，请参考图2所示的信息流向图：
步骤210，在转子估算旋转坐标系
Figure 548260DEST_PATH_IMAGE011
中给永磁同步电机注入第一高频正弦电压
Figure 970756DEST_PATH_IMAGE012
，其中给
Figure 262060DEST_PATH_IMAGE028
轴施加电压为
Figure 122569DEST_PATH_IMAGE014
、给
Figure 790310DEST_PATH_IMAGE030
轴施加电压为0。
Figure 52664DEST_PATH_IMAGE019
为图1中的跟踪角度，
Figure 514870DEST_PATH_IMAGE021
为角频率，
Figure 862675DEST_PATH_IMAGE022
为电压幅值，
Figure 68528DEST_PATH_IMAGE023
表示时间，
Figure 919809DEST_PATH_IMAGE024
为虚数单位。在实际应用中，可以取第一高频正弦电压的频率
Figure 818495DEST_PATH_IMAGE147
，则角频率
Figure 653596DEST_PATH_IMAGE148
。在一个实施例中，电压幅值
Figure 397561DEST_PATH_IMAGE022
的选取方法为：输出电压占空比从0.1开始每次递增0.05，直到相电流达到电机额定相电流的10%。
步骤220，对采集到的永磁同步电机的A相第一实时电流
Figure 634507DEST_PATH_IMAGE025
和B相第一实时电流
Figure 438515DEST_PATH_IMAGE026
转换到转子估算旋转坐标系
Figure 760912DEST_PATH_IMAGE011
中得到与跟踪角度
Figure 308568DEST_PATH_IMAGE019
相关的
Figure 137371DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 502494DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 921974DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 397954DEST_PATH_IMAGE031
。
首先对
Figure 219280DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 755304DEST_PATH_IMAGE026
进行clarke变换，得到：
Figure 662080DEST_PATH_IMAGE149
（1）
然后用park变换将电流解析到
Figure 676172DEST_PATH_IMAGE011
坐标系中，得到
Figure 617583DEST_PATH_IMAGE150
（2）
由式（1）和（2）联立得到
Figure 324508DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 453001DEST_PATH_IMAGE031
与
Figure 270784DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 801123DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 678949DEST_PATH_IMAGE019
表示为：
Figure 560317DEST_PATH_IMAGE151
（3）
步骤230，基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型、利用PI控制器对
Figure 184721DEST_PATH_IMAGE033
设计角度闭环跟踪系统。
永磁同步电机在转子实际旋转坐标系
Figure 835145DEST_PATH_IMAGE093
中的包含定子相电阻
Figure 618294DEST_PATH_IMAGE062
项的电机动态模型为：
Figure 986958DEST_PATH_IMAGE152
（4）
其中，
Figure 146544DEST_PATH_IMAGE096
表示
Figure 776108DEST_PATH_IMAGE097
轴电压，
Figure 605524DEST_PATH_IMAGE153
表示
Figure 586119DEST_PATH_IMAGE099
轴电压，
Figure 424762DEST_PATH_IMAGE100
表示
Figure 908832DEST_PATH_IMAGE097
轴电流，
Figure 174729DEST_PATH_IMAGE101
表示
Figure 377040DEST_PATH_IMAGE099
轴电流，
Figure 19374DEST_PATH_IMAGE060
是直轴电感，
Figure 623531DEST_PATH_IMAGE061
是交轴电感，
Figure 60328DEST_PATH_IMAGE062
是定子相电阻，
Figure 752865DEST_PATH_IMAGE154
是电机转速，
Figure 933311DEST_PATH_IMAGE102
表示转子产生的链过定子的磁链。
结合第一高频正弦电压注入时电机转速
Figure 391974DEST_PATH_IMAGE092
的特征，将方程（4）简化为：
Figure 999673DEST_PATH_IMAGE095
（5）
将第一高频正弦电压
Figure 910997DEST_PATH_IMAGE155
变换到
Figure 629554DEST_PATH_IMAGE093
坐标系中得到：
Figure 208303DEST_PATH_IMAGE156
（6）
式（6）和（5）联立并解微分方程组，得到
Figure 986903DEST_PATH_IMAGE093
坐标系中的
Figure 651103DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 173351DEST_PATH_IMAGE101
的表达式：
Figure 341027DEST_PATH_IMAGE157
（7）
其中，
Figure 415162DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 176445DEST_PATH_IMAGE048
，式(7)中
Figure 627018DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 790146DEST_PATH_IMAGE101
表达式的第二项为瞬态过程，去除
Figure 26394DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 540551DEST_PATH_IMAGE101
中的瞬态过程项，得到电流稳定后的表达式为：
Figure 529236DEST_PATH_IMAGE158
（8）
由于不知道磁极初始位置实际角
Figure 546871DEST_PATH_IMAGE159
，所以将式(8)变换到
Figure 228388DEST_PATH_IMAGE011
坐标系，得到
Figure 698683DEST_PATH_IMAGE028
轴估算电流
Figure 491059DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 363200DEST_PATH_IMAGE030
轴估算电流
Figure 215618DEST_PATH_IMAGE031
的表达式为：
Figure 438789DEST_PATH_IMAGE160
（9）
为了得到可以辨识磁极初始位置的电流表达式，本申请进一步对式（9）得到的
Figure 503697DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 620558DEST_PATH_IMAGE031
进行电流信号处理：
<1>、对式（9）的
Figure 519244DEST_PATH_IMAGE031
乘以
Figure 88765DEST_PATH_IMAGE081
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 98310DEST_PATH_IMAGE082
高频成分再乘以-1得到
Figure 338185DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure 142193DEST_PATH_IMAGE161
（10）
<2>、对式（9）的
Figure 464590DEST_PATH_IMAGE029
乘以
Figure 12246DEST_PATH_IMAGE081
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 838120DEST_PATH_IMAGE082
高频成分得到
Figure 813029DEST_PATH_IMAGE035
：
Figure 622722DEST_PATH_IMAGE162
（11）
<3>、对式（9）的
Figure 974069DEST_PATH_IMAGE029
乘以
Figure 920028DEST_PATH_IMAGE163
并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 331418DEST_PATH_IMAGE082
高频成分得到
Figure 362828DEST_PATH_IMAGE126
：
Figure 252287DEST_PATH_IMAGE164
（12）
通过上述分析，已经由永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，得到了可以用于辨识电机参数的电流信号
Figure 318332DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 494098DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 153750DEST_PATH_IMAGE126
，函数
Figure 708883DEST_PATH_IMAGE165
表示一阶低通滤波算法。然后基于上述式（10）的
Figure 504801DEST_PATH_IMAGE033
的表达式设计角度闭环跟踪系统，请结合图3，角度闭环跟踪系统中，将PI控制器输出的跟踪角度
Figure 382627DEST_PATH_IMAGE166
依次经过
Figure 263995DEST_PATH_IMAGE167
和表示为
Figure 619890DEST_PATH_IMAGE053
的一阶低通滤波算法，将角度0与
Figure 270315DEST_PATH_IMAGE053
的输出的差值作为PI控制器的输入。
其中，一阶低通滤波算法需要滤除
Figure 319042DEST_PATH_IMAGE168
的角频率为
Figure 687707DEST_PATH_IMAGE082
的高频成分(频率为
Figure 847292DEST_PATH_IMAGE169
)，因此设定
Figure 86644DEST_PATH_IMAGE053
中的滤波常数
Figure 306273DEST_PATH_IMAGE170
，
Figure 162233DEST_PATH_IMAGE171
是滤波截止频率。滤波截止频率
Figure 859931DEST_PATH_IMAGE172
，如上所述
Figure 484947DEST_PATH_IMAGE058
是第一高频正弦电压的频率且有
Figure 875477DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 953155DEST_PATH_IMAGE057
是角度跟踪精度，比如角度跟踪精度
Figure 457473DEST_PATH_IMAGE173
时，则有滤波常数
Figure 61629DEST_PATH_IMAGE174
，因此只要确定了第一高频正弦电压的频率
Figure 498427DEST_PATH_IMAGE058
，就能计算得到滤波常数
Figure 188034DEST_PATH_IMAGE175
。
在设计了图3所示的角度闭环跟踪系统后，还需要进行PI控制器的参数整定，为了保证闭环跟踪的过程中不出现振荡，本申请将PI控制器的控制律简化为积分控制率，也即设定PI控制器的控制律为
Figure 102901DEST_PATH_IMAGE176
，
Figure 827143DEST_PATH_IMAGE177
为积分系数，
Figure 434842DEST_PATH_IMAGE178
为
Figure 611745DEST_PATH_IMAGE178
平面参数，在进行参数整定的过程中，实际就是需要确定积分系数
Figure 330303DEST_PATH_IMAGE177
。
在一个实施例中，对PI控制器的参数整定过程如下：
首先对上述式（10）的
Figure 909052DEST_PATH_IMAGE033
简化为：
Figure 281127DEST_PATH_IMAGE179
（13）
当函数
Figure 555114DEST_PATH_IMAGE180
的自变量
Figure 936416DEST_PATH_IMAGE181
的值在0的附近的误差范围内时，可以在可接受的误差范围内进一步对式（13）简化为：
Figure 384320DEST_PATH_IMAGE182
（14）
由此，基于式（14），对图3所示的角度闭环跟踪系统简化为如图4所示的简化后的角度闭环跟踪系统，在简化后的角度闭环跟踪系统中，将PI控制器输出的跟踪角度
Figure 333822DEST_PATH_IMAGE183
与干扰项的输出的差值经过被控对象，将角度0与被控对象的输出的差值作为PI控制器的输入，被控对象包括依次经过的
Figure 219738DEST_PATH_IMAGE184
和
Figure 545677DEST_PATH_IMAGE185
，磁极初始位置实际角
Figure 833439DEST_PATH_IMAGE186
经过
Figure 953842DEST_PATH_IMAGE187
作为干扰项的输出。包含
Figure 327054DEST_PATH_IMAGE186
的部分可看作是闭环反馈系统的干扰项，在进行PI参数整定时可以略去。
基于如图4所示的简化后的角度闭环跟踪系统即可以进行PI控制器的参数整定得到积分系数
Figure 191105DEST_PATH_IMAGE177
，具体的：
为了方便参数整定，设定
Figure 333373DEST_PATH_IMAGE188
，对图4中的被控对象进一步近似简化：
Figure 890257DEST_PATH_IMAGE189
（15）
控制律设定为
Figure 750765DEST_PATH_IMAGE176
的PI控制器，按照临界阻尼进行整定，取：
Figure 152928DEST_PATH_IMAGE190
（16）
为了依据式（16）得到
Figure 415282DEST_PATH_IMAGE177
，接下去需要对交轴电感
Figure 143067DEST_PATH_IMAGE191
进行初步估算，这里初步估算的结果不是很准确，仅用于参数整定，所以在这一步，忽略定子相电阻
Figure 225292DEST_PATH_IMAGE062
，也即取
Figure 696725DEST_PATH_IMAGE084
同时设定
Figure 816515DEST_PATH_IMAGE192
，则对式（9）的
Figure 449622DEST_PATH_IMAGE193
乘以
Figure 284722DEST_PATH_IMAGE194
后得到的
Figure 294267DEST_PATH_IMAGE195
可以简化为：
Figure 265634DEST_PATH_IMAGE196
（17）
对式（17）使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 194275DEST_PATH_IMAGE082
高频成分，可以得到对
Figure 126459DEST_PATH_IMAGE197
的简化结果：
Figure 64328DEST_PATH_IMAGE198
（18）
由式（18）可以得到参数整定过程所需要的交轴电感
Figure 31147DEST_PATH_IMAGE199
的初步估算结果。
由式（16）、（18）联立计算积分系数并取
Figure 130690DEST_PATH_IMAGE067
倍设计裕量，得到：
Figure 815750DEST_PATH_IMAGE200
（19）
将
Figure 291730DEST_PATH_IMAGE201
代入得到式（19），最终得到图2中的控制律为
Figure 113056DEST_PATH_IMAGE176
的PI控制器的积分系数为：
Figure 383500DEST_PATH_IMAGE202
（20）
Figure 290276DEST_PATH_IMAGE203
的取值都可以自定义设置，在一个实例中，若取角度跟踪精度
Figure 572878DEST_PATH_IMAGE204
、设计裕量的系数
Figure 248710DEST_PATH_IMAGE088
为5，则得到的PI控制器的积分系数
Figure 955634DEST_PATH_IMAGE205
。
通过上述推演和分析，已经基于式（4）的电机动态模型对
Figure 349707DEST_PATH_IMAGE033
设计了如图2所示的角度闭环跟踪系统，且确定PI控制器的积分系数的确定方式。则在注入第一高频正弦电压并采集
Figure 167490DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 963408DEST_PATH_IMAGE026
，且按照式（3）进行变换得到
Figure 575655DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 191444DEST_PATH_IMAGE031
后，可以依据式（10）、（11）和（12）对
Figure 812918DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 463342DEST_PATH_IMAGE031
进行数学变换并进行一阶低通滤波得到
Figure 512070DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 880734DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 40320DEST_PATH_IMAGE126
，然后根据预先设定的
Figure 545251DEST_PATH_IMAGE203
就可以依据式（20）计算得到PI控制器的积分系数
Figure 764879DEST_PATH_IMAGE206
，得到一个参数确定、结构如图2所示的角度闭环跟踪系统，然后可以利用该角度闭环跟踪系统进行角度闭环跟踪，直至达到稳定状态。
步骤240，基于角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 355261DEST_PATH_IMAGE019
辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 321467DEST_PATH_IMAGE207
。
在角度闭环跟踪系统运行过程中，计算最近历史时长
Figure 946484DEST_PATH_IMAGE114
内PI控制器输出的所有跟踪角度的最大值与最小值的角度差值
Figure 71434DEST_PATH_IMAGE208
，当角度差值
Figure 273746DEST_PATH_IMAGE209
时确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态。这里的
Figure 650500DEST_PATH_IMAGE117
同样是预先设定的角度跟踪精度，比如在
Figure 254657DEST_PATH_IMAGE204
时，当
Figure 691455DEST_PATH_IMAGE210
也即
Figure 381062DEST_PATH_IMAGE211
时，确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态。
可以将PI控制器此时输出的跟踪角度直接作为角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 561507DEST_PATH_IMAGE212
，或者在另一个实施例中，将历史时长
Figure 285750DEST_PATH_IMAGE114
内PI控制器输出的所有跟踪角度的均值作为角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 627869DEST_PATH_IMAGE212
，以进一步提高准确度。
由式（10）中的
Figure 539194DEST_PATH_IMAGE213
项可知，当角度闭环跟踪系统达到稳定状态时有
Figure 523330DEST_PATH_IMAGE214
(直轴
Figure 102079DEST_PATH_IMAGE001
轴的正方向)或者
Figure 880679DEST_PATH_IMAGE215
(直轴
Figure 270510DEST_PATH_IMAGE001
轴的负方向)两种情况，为了区分这两种情况，本申请的做法是：利用直轴
Figure 792759DEST_PATH_IMAGE001
轴的磁路饱和效应，当确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，向
Figure 226014DEST_PATH_IMAGE212
和
Figure 175516DEST_PATH_IMAGE216
方向分别注入相同的电压矢量
Figure 327011DEST_PATH_IMAGE217
，这里的电压矢量
Figure 387371DEST_PATH_IMAGE217
的电压幅值也取为
Figure 940712DEST_PATH_IMAGE218
。经过相同的时间间隔
Figure 61115DEST_PATH_IMAGE111
后分别采集响应电流矢量，若
Figure 434327DEST_PATH_IMAGE212
方向的响应电流矢量的幅值小于
Figure 298378DEST_PATH_IMAGE109
方向的响应电流矢量的幅值，则确定磁极初始位置估算角
Figure 440647DEST_PATH_IMAGE219
，否则确定磁极初始位置估算角
Figure 856584DEST_PATH_IMAGE220
，由此辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 592459DEST_PATH_IMAGE221
。
步骤250，在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，利用
Figure 384835DEST_PATH_IMAGE222
和
Figure 522555DEST_PATH_IMAGE223
辨识得到定子相电阻估算值
Figure 112324DEST_PATH_IMAGE224
和直轴电感估算值
Figure 335495DEST_PATH_IMAGE225
。如上述分析，基于式（4）的电机动态模型可以得到
Figure 931561DEST_PATH_IMAGE222
和
Figure 923788DEST_PATH_IMAGE223
的表达式如上述式（11）和（12）。当角度闭环跟踪系统达到稳定状态时
Figure 681528DEST_PATH_IMAGE226
，则可以对式（11）和（12）简化为与直轴电感
Figure 391995DEST_PATH_IMAGE227
和定子相电阻
Figure 260594DEST_PATH_IMAGE228
相关的如下关系式：
Figure 107328DEST_PATH_IMAGE229
（21）
由简化后的式（21）进行数学变换可以得到定子相电阻估算值
Figure 301549DEST_PATH_IMAGE230
和直轴电感估算值
Figure 233733DEST_PATH_IMAGE231
的计算公式为：
Figure 171602DEST_PATH_IMAGE120
（22）
其中，
Figure 872841DEST_PATH_IMAGE232
。则在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，利用
Figure 237964DEST_PATH_IMAGE222
和
Figure 657444DEST_PATH_IMAGE223
代入式（22）就可以辨识得到定子相电阻估算值
Figure 133424DEST_PATH_IMAGE230
和直轴电感估算值
Figure 954750DEST_PATH_IMAGE231
。
步骤260，根据步骤240辨识得到的磁极初始位置估算角
Figure 493703DEST_PATH_IMAGE034
，在
Figure 400479DEST_PATH_IMAGE040
方向给永磁同步电机注入第二高频正弦电压
Figure 680151DEST_PATH_IMAGE041
，这里的
Figure 355983DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 62908DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 316034DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 9184DEST_PATH_IMAGE024
与第一高频正弦电压中的定义相同。基于采集到的永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 929735DEST_PATH_IMAGE042
和B第二相实时电流
Figure 417349DEST_PATH_IMAGE043
辨识得到交轴电感估算值
Figure 423351DEST_PATH_IMAGE044
。
与上述步骤210、220和230类似的，在注入第二高频正弦电压后，同样采集此时的永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 920191DEST_PATH_IMAGE042
和B相第二实时电流
Figure 695249DEST_PATH_IMAGE043
，然后基于式（3）相同的转换方法转换到
Figure 619343DEST_PATH_IMAGE011
坐标系中，则转换得到的与
Figure 847062DEST_PATH_IMAGE138
相关的
Figure 882014DEST_PATH_IMAGE233
轴二次估算电流
Figure 780087DEST_PATH_IMAGE140
。
基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，按照如上述式（11）和（12）相同的方法对
Figure 875082DEST_PATH_IMAGE234
进行数学变换和一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 590097DEST_PATH_IMAGE124
高频成分后，并结合当前的情况进行整理，可以得到
Figure 163161DEST_PATH_IMAGE235
和
Figure 912811DEST_PATH_IMAGE236
与交轴电感
Figure 178707DEST_PATH_IMAGE237
和定子相电阻
Figure 381019DEST_PATH_IMAGE238
的关系为：
Figure 757773DEST_PATH_IMAGE239
（23）
由式（23）进行数学变换可以得到交轴电感估算值
Figure 361930DEST_PATH_IMAGE044
的计算公式为：
Figure 798728DEST_PATH_IMAGE240
（24）
利用注入第二高频正弦电压
Figure 488335DEST_PATH_IMAGE241
后采集到的
Figure 527835DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 861865DEST_PATH_IMAGE043
转换处理得到的
Figure 594197DEST_PATH_IMAGE242
轴二次估算电流
Figure 646467DEST_PATH_IMAGE243
，并进一步处理为
Figure 504306DEST_PATH_IMAGE235
和
Figure 692842DEST_PATH_IMAGE236
后，则代入式（24）就可以辨识得到交轴电感估算值
Figure 596076DEST_PATH_IMAGE044
。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括：
在转子估算旋转坐标系
Figure 573935DEST_PATH_IMAGE001
中给永磁同步电机注入第一高频正弦电压
Figure 158500DEST_PATH_IMAGE002
，其中给
Figure 654073DEST_PATH_IMAGE003
轴施加电压为
Figure 665891DEST_PATH_IMAGE004
、给
Figure 896015DEST_PATH_IMAGE005
轴施加电压为0；所述转子估算旋转坐标系
Figure 18692DEST_PATH_IMAGE001
的坐标原点
Figure 368771DEST_PATH_IMAGE006
与定子两相静止坐标系
Figure 958015DEST_PATH_IMAGE007
的坐标原点
Figure 268911DEST_PATH_IMAGE008
重合，所述转子估算旋转坐标系
Figure 322842DEST_PATH_IMAGE001
的
Figure 668373DEST_PATH_IMAGE003
轴与
Figure 897360DEST_PATH_IMAGE005
轴相互垂直；
Figure 695551DEST_PATH_IMAGE009
表示跟踪角度且为
Figure 550244DEST_PATH_IMAGE003
轴与所述定子两相静止坐标系
Figure 750281DEST_PATH_IMAGE007
中的
Figure 150169DEST_PATH_IMAGE010
轴之间的夹角，所述定子两相静止坐标系
Figure 435657DEST_PATH_IMAGE007
中的
Figure 94041DEST_PATH_IMAGE010
轴与所述永磁同步电机的A相轴线重合，
Figure 148584DEST_PATH_IMAGE011
为角频率，
Figure 984953DEST_PATH_IMAGE012
为电压幅值，
Figure 757737DEST_PATH_IMAGE013
表示时间，
Figure 954232DEST_PATH_IMAGE014
为虚数单位；
对采集到的所述永磁同步电机的A相第一实时电流
Figure 4228DEST_PATH_IMAGE015
和B相第一实时电流
Figure 870553DEST_PATH_IMAGE016
转换到所述转子估算旋转坐标系
Figure 269915DEST_PATH_IMAGE001
中得到与跟踪角度
Figure 879888DEST_PATH_IMAGE009
相关的
Figure 784390DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 87195DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 693626DEST_PATH_IMAGE019
轴估算电流
Figure 107290DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 131878DEST_PATH_IMAGE021
；
基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型、利用PI控制器对
Figure 605584DEST_PATH_IMAGE022
设计角度闭环跟踪系统，基于所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 699311DEST_PATH_IMAGE009
辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 651087DEST_PATH_IMAGE023
，在所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时利用
Figure 530181DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 174789DEST_PATH_IMAGE025
辨识得到定子相电阻估算值
Figure 21391DEST_PATH_IMAGE026
和直轴电感估算值
Figure 652224DEST_PATH_IMAGE027
，其中函数
Figure 244879DEST_PATH_IMAGE028
表示一阶低通滤波算法；
在
Figure 187952DEST_PATH_IMAGE029
方向给所述永磁同步电机注入第二高频正弦电压
Figure 131637DEST_PATH_IMAGE030
，并基于采集到的所述永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 831740DEST_PATH_IMAGE031
和B相第二实时电流
Figure 544481DEST_PATH_IMAGE032
辨识得到交轴电感估算值
Figure 389946DEST_PATH_IMAGE033
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对
Figure 820927DEST_PATH_IMAGE022
设计角度闭环跟踪系统，包括：
基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 793562DEST_PATH_IMAGE019
轴估算电流
Figure 626389DEST_PATH_IMAGE020
的表达式为：
Figure 642756DEST_PATH_IMAGE034
；
其中，
Figure 967558DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 868518DEST_PATH_IMAGE036
；
对
Figure 414905DEST_PATH_IMAGE019
轴估算电流
Figure 743119DEST_PATH_IMAGE020
乘以
Figure 24058DEST_PATH_IMAGE037
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 856273DEST_PATH_IMAGE038
高频成分再乘以-1得到
Figure 398112DEST_PATH_IMAGE022
表示为：
Figure 772593DEST_PATH_IMAGE039
；
基于
Figure 399884DEST_PATH_IMAGE022
的表达式设计角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度依次经过
Figure 767280DEST_PATH_IMAGE040
和表示为
Figure 163626DEST_PATH_IMAGE041
的一阶低通滤波算法，将参考值0与
Figure 974587DEST_PATH_IMAGE041
的输出的差值作为所述PI控制器的输入；其中滤波常数
Figure 89174DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 994682DEST_PATH_IMAGE043
是滤波截止频率且
Figure 511114DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 227397DEST_PATH_IMAGE045
是角度跟踪精度，
Figure 829280DEST_PATH_IMAGE046
是所述第一高频正弦电压的频率且有
Figure 538479DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 909417DEST_PATH_IMAGE048
是直轴电感，
Figure 796602DEST_PATH_IMAGE049
是交轴电感，
Figure 620201DEST_PATH_IMAGE050
是定子相电阻，
Figure 401600DEST_PATH_IMAGE051
是磁极初始位置实际角，其中所述PI控制器的控制律为
Figure 502411DEST_PATH_IMAGE052
且积分系数
Figure 685131DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 386239DEST_PATH_IMAGE054
为
Figure 312607DEST_PATH_IMAGE054
平面参数，
Figure 533504DEST_PATH_IMAGE055
为表示设计裕量的系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对
Figure 152704DEST_PATH_IMAGE022
的表达式简化为：
Figure 75530DEST_PATH_IMAGE056
；
基于
Figure 805588DEST_PATH_IMAGE057
的取值在0的误差范围内的特征，进一步对
Figure 615412DEST_PATH_IMAGE022
的表达式简化为
Figure 405514DEST_PATH_IMAGE058
；
基于简化后
Figure 815636DEST_PATH_IMAGE022
的表达式对所述角度闭环跟踪系统进行简化，得到简化后的角度闭环跟踪系统为：将所述PI控制器输出的跟踪角度与干扰项的输出的差值经过被控对象，将角度0与被控对象的输出的差值作为所述PI控制器的输入，所述被控对象包括依次经过的
Figure 83806DEST_PATH_IMAGE059
和
Figure 279295DEST_PATH_IMAGE060
，磁极初始位置实际角
Figure 356142DEST_PATH_IMAGE061
经过
Figure 863347DEST_PATH_IMAGE062
作为干扰项的输出；
基于简化后的角度闭环跟踪系统进行所述PI控制器的参数整定得到所述积分系数
Figure 810575DEST_PATH_IMAGE063
。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于简化后的角度闭环跟踪系统进行所述PI控制器的参数整定，包括：
结合
Figure 985204DEST_PATH_IMAGE064
的设定对简化后的角度闭环跟踪系统中的被控对象
Figure 976163DEST_PATH_IMAGE065
处理为
Figure 501822DEST_PATH_IMAGE066
；
对于控制律设定为
Figure 987161DEST_PATH_IMAGE067
的所述PI控制器，按照临界阻尼进行整定取
Figure 16297DEST_PATH_IMAGE068
；
基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型确定得到
Figure 178157DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 925533DEST_PATH_IMAGE018
的表达式，并对
Figure 480142DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 488418DEST_PATH_IMAGE018
的表达式乘以
Figure 962125DEST_PATH_IMAGE069
，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 806584DEST_PATH_IMAGE070
高频成分得到
Figure 758360DEST_PATH_IMAGE024
的表达式为：
Figure 889651DEST_PATH_IMAGE071
；
在取
Figure 268680DEST_PATH_IMAGE072
且设定
Figure 600435DEST_PATH_IMAGE073
的基础上，将
Figure 355902DEST_PATH_IMAGE024
的表达式简化为
Figure 604349DEST_PATH_IMAGE074
，结合
Figure 419859DEST_PATH_IMAGE068
并取
Figure 238910DEST_PATH_IMAGE075
倍设计裕量，得到积分系数
Figure 532488DEST_PATH_IMAGE076
，将
Figure 369863DEST_PATH_IMAGE077
代入得到积分系数
Figure 356274DEST_PATH_IMAGE078
。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 662621DEST_PATH_IMAGE019
轴估算电流
Figure 759890DEST_PATH_IMAGE020
的表达式包括：
结合所述第一高频正弦电压注入时电机转速
Figure 451771DEST_PATH_IMAGE079
的特征，将所述永磁同步电机在转子实际旋转坐标系
Figure 750029DEST_PATH_IMAGE080
中的包括定子相电阻
Figure 668306DEST_PATH_IMAGE050
的电机动态模型
Figure 431250DEST_PATH_IMAGE081
简化为
Figure 118584DEST_PATH_IMAGE082
，
Figure 322163DEST_PATH_IMAGE083
表示
Figure 462157DEST_PATH_IMAGE084
轴电压，
Figure 291442DEST_PATH_IMAGE085
表示
Figure 833282DEST_PATH_IMAGE086
轴电压，
Figure 473342DEST_PATH_IMAGE087
表示
Figure 100632DEST_PATH_IMAGE084
轴电流，
Figure 202449DEST_PATH_IMAGE088
表示
Figure 864375DEST_PATH_IMAGE086
轴电流，
Figure 409757DEST_PATH_IMAGE089
表示转子永磁体产生的链过定子的磁链，所述转子实际旋转坐标系
Figure 524343DEST_PATH_IMAGE080
的坐标原点
Figure 429851DEST_PATH_IMAGE006
与所述转子估算旋转坐标系
Figure 946283DEST_PATH_IMAGE001
的坐标原点
Figure 662566DEST_PATH_IMAGE006
以及所述定子两相静止坐标系
Figure 264449DEST_PATH_IMAGE007
的坐标原点
Figure 242157DEST_PATH_IMAGE006
均重合，所述转子实际旋转坐标系
Figure 488461DEST_PATH_IMAGE080
的
Figure 500280DEST_PATH_IMAGE090
轴与
Figure 448513DEST_PATH_IMAGE091
轴相互垂直；
将所述第一高频正弦电压转换到所述转子实际旋转坐标系
Figure 836769DEST_PATH_IMAGE080
中得到
Figure 937580DEST_PATH_IMAGE092
，并代入简化后的电机动态模型中，得到所述转子实际旋转坐标系
Figure 120300DEST_PATH_IMAGE080
中的
Figure 821409DEST_PATH_IMAGE087
和
Figure 747776DEST_PATH_IMAGE088
的表达式为：
Figure 968673DEST_PATH_IMAGE093
；
去除
Figure 978086DEST_PATH_IMAGE087
和
Figure 776278DEST_PATH_IMAGE088
中的瞬态过程项，得到电流稳定后的表达式为：
Figure 116124DEST_PATH_IMAGE094
；
将电流稳定后的所述转子实际旋转坐标系
Figure 316161DEST_PATH_IMAGE080
中的
Figure 511124DEST_PATH_IMAGE087
和
Figure 531032DEST_PATH_IMAGE088
变换到所述转子估算旋转坐标系
Figure 940148DEST_PATH_IMAGE001
中，得到
Figure 994692DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 814749DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 587533DEST_PATH_IMAGE019
轴估算电流
Figure 534760DEST_PATH_IMAGE020
的表达式为：
Figure 443811DEST_PATH_IMAGE095
。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 700348DEST_PATH_IMAGE096
辨识得到磁极初始位置估算角
Figure 694849DEST_PATH_IMAGE097
，包括：
当确定所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，向
Figure 711347DEST_PATH_IMAGE096
和
Figure 865117DEST_PATH_IMAGE098
方向分别注入相同的电压矢量
Figure 902343DEST_PATH_IMAGE099
，经过相同的时间间隔
Figure 525085DEST_PATH_IMAGE100
后分别采集响应电流矢量，若
Figure 938749DEST_PATH_IMAGE096
方向的响应电流矢量的幅值小于
Figure 949955DEST_PATH_IMAGE098
方向的响应电流矢量的幅值，则确定所述磁极初始位置估算角
Figure 158082DEST_PATH_IMAGE101
，否则确定所述磁极初始位置估算角
Figure 2541DEST_PATH_IMAGE102
。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述角度闭环跟踪系统运行过程中，计算最近历史时长
Figure 219896DEST_PATH_IMAGE103
内所述PI控制器输出的所有跟踪角度的最大值与最小值的角度差值
Figure 82679DEST_PATH_IMAGE104
，当角度差值
Figure 727287DEST_PATH_IMAGE105
时确定所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态，并将所述历史时长
Figure 324621DEST_PATH_IMAGE103
内所述PI控制器输出的所有跟踪角度的均值作为所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度
Figure 80088DEST_PATH_IMAGE096
，
Figure 62956DEST_PATH_IMAGE106
是角度跟踪精度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辨识得到定子相电阻估算值
Figure 878465DEST_PATH_IMAGE107
和直轴电感估算值
Figure 431938DEST_PATH_IMAGE108
，包括在所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，辨识得到：
Figure 991095DEST_PATH_IMAGE109
；
其中，
Figure 828470DEST_PATH_IMAGE110
。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定
Figure 814880DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 121228DEST_PATH_IMAGE018
的表达式为：
Figure 218497DEST_PATH_IMAGE111
；
其中，
Figure 178887DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 211565DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 864263DEST_PATH_IMAGE048
是直轴电感，
Figure 889857DEST_PATH_IMAGE049
是交轴电感，
Figure 577190DEST_PATH_IMAGE050
是定子相电阻，
Figure 780770DEST_PATH_IMAGE051
是磁极初始位置实际角；
对
Figure 920764DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 484469DEST_PATH_IMAGE018
乘以
Figure 26309DEST_PATH_IMAGE112
并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 666369DEST_PATH_IMAGE113
高频成分得到
Figure 293660DEST_PATH_IMAGE024
，对
Figure 661056DEST_PATH_IMAGE017
轴估算电流
Figure 322981DEST_PATH_IMAGE018
乘以
Figure 868363DEST_PATH_IMAGE114
并使用一阶低通滤波算法滤除其中的
Figure 717371DEST_PATH_IMAGE113
高频成分得到
Figure 156967DEST_PATH_IMAGE115
：
Figure 548765DEST_PATH_IMAGE116
；
当所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时
Figure 389682DEST_PATH_IMAGE117
，简化得到与直轴电感
Figure 116198DEST_PATH_IMAGE118
和定子相电阻
Figure 841709DEST_PATH_IMAGE119
相关的
Figure 212647DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 349100DEST_PATH_IMAGE120
：
Figure 438278DEST_PATH_IMAGE121
；
基于简化后的
Figure 436321DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 927345DEST_PATH_IMAGE115
的表达式，在所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时辨识得到定子相电阻估算值
Figure 500278DEST_PATH_IMAGE122
和直轴电感估算值
Figure 811174DEST_PATH_IMAGE123
。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于采集到的所述永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 612908DEST_PATH_IMAGE124
和B相第二实时电流
Figure 958438DEST_PATH_IMAGE125
辨识得到交轴电感估算值
Figure 427904DEST_PATH_IMAGE126
，包括：
对采集到的所述永磁同步电机的A相第二实时电流
Figure 226096DEST_PATH_IMAGE124
和B相第二实时电流
Figure 831521DEST_PATH_IMAGE125
转换到转子估算旋转坐标系
Figure 31558DEST_PATH_IMAGE001
中得到与
Figure 680714DEST_PATH_IMAGE127
相关的
Figure 966202DEST_PATH_IMAGE128
轴二次估算电流
Figure 640897DEST_PATH_IMAGE129
；
根据
Figure 820074DEST_PATH_IMAGE130
利用
Figure 515498DEST_PATH_IMAGE131
和
Figure 163648DEST_PATH_IMAGE132
辨识得到交轴电感估算值
Figure 235509DEST_PATH_IMAGE126
。
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