电机相电阻离线辨识方法与流程

本发明涉及空调技术，特别涉及空调电机相电阻离线辨识的技术。

背景技术：

传统的空调中的变频电机控制技术，需要电机厂家提供电机相电阻等参数，这是由电机控制模型决定的，其中r为电机的相电阻，L_d、L_Q分别为电机d轴电感及q轴电感，K_E为电机反电动势常数，ω为电机当前运行角速度，U_d、U_q分别为电机d轴电压及q轴电压，I_d、I_q分别为电机d轴电流及q轴电流。当需要对大量的不同电机进行控制时，常常把电机参数存储在类似EEPROM中，保留控制程序不变，能够解决对不同压缩机等电机的控制，但这一方法存在如下技术问题：一是需要EEPROM，增加硬件成本，二是，当用户的变频空调出现问题，需要维修时，如果此时采用新的控制电路或者新的控制软件进行替换原来的控制板时，可能并不知道电机的具体参数，无法快速实现对电机控制电路及控制软件的替代。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决目前空调中需要采用EEPROM存储电机相电阻参数的问题，提供了一种电机相电阻离线辨识方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，电机相电阻离线辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、选择一路上桥臂；

步骤2、控制逆变器令所选择的一路上桥臂导通，其余上桥臂关断，使其在一个PWM周期中，在该上桥臂导通时间内，电流从直流母线电压经过该上桥臂IGBT流入电机对应的线圈，再从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出；

步骤3、在当前PWM波周期的剩余时间内，关断所有三路上桥臂IGBT，电流经过之前导通的上桥臂对应的下桥臂中的续流二极管流入对应的电机线圈，从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出；

步骤4、通过电机运行方程及IGBT特性，计算获取电机该相线圈电阻；

步骤5、判断是否所有三个上桥臂都已导通过，若是则根据三相线圈电阻计算得到电机相电阻，否则选择另一个未导通过的上桥臂回到步骤2。

具体的，步骤4中，所述计算方法为：

其中，R_x指代x相电阻，I_x为电机x相线圈流过的相电流，Tx为该上桥臂导通控制PWM波占空比控制寄存器中对应的时间，x为a或b或c，E_dc为直流母线电压，Vs为该IGBT正向导通压降，Vd为对应的下桥臂中的续流二极管正向导通压降，Ton为该IGBT信号上升延迟时间，Toff为该IGBT信号下降延迟时间，Td为该IGBT死区时间，T为PWM波周期。

进一步的，所述电机x相线圈流过的电流通过电流采样单元及模数转换获取。

具体的，所述直流母线电压通过模数转换获取。

再进一步的，所述IGBT信号上升延迟时间及IGBT信号下降延迟时间通过查询IGBT硬件手册获取或通过硬件电路测试获取。

具体的，所述IGBT死区时间根据IGBT硬件手册中的IGBT资料选择设置。

再进一步的，IGBT正向导通压降及对应的下桥臂中的续流二极管正向导通压降通过查询IGBT硬件手册获取。

具体的，步骤5中，所述根据三相线圈电阻计算得到电机相电阻的计算方法为：

其中，R为电机相电阻，R_a、R_b、R_c分别指代a相电阻、b相电阻及c相电阻。

本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述电机相电阻离线辨识方法，可不再需要EEPROM存储电机相电阻，缩小成本。

附图说明

图1为变频空调控制部分电路的电路示意图；

图2为本发明实施例中矢量V1(1,0,0)控制下的等效电路图；

图3为本发明实施例中零矢量V2(0,0,0)控制下的等效电路图；

图4为本发明实施例中PWM波形示意图；

图5为本发明实施例中PWM波作用时电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明所述电机相电阻离线辨识方法为：首先选择一路上桥臂，再控制逆变器令所选择的一路上桥臂导通，其余上桥臂关断，使其在一个PWM周期中，在该上桥臂导通时间内，电流从直流母线电压经过该上桥臂IGBT流入电机对应的线圈，再从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出，在当前PWM波周期的剩余时间内，关断所有三路上桥臂IGBT，电流经过之前导通的上桥臂对应的下桥臂中的续流二极管流入对应的电机线圈，从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出，再通过电机运行方程及IGBT特性，计算获取电机该相线圈电阻，然后判断是否所有三个上桥臂都已导通过，若是则根据三相线圈电阻计算得到电机相电阻，否则选择另一个未导通过的上桥臂回到控制逆变器令所选择的一路上桥臂导通那一步。

实施例

本发明实施例的电机相电阻离线辨识方法，其包括以下步骤：

步骤1、选择一路上桥臂。

步骤2、控制逆变器令所选择的一路上桥臂导通，其余上桥臂关断，使其在一个PWM周期中，在该上桥臂导通时间内，电流从直流母线电压经过该上桥臂IGBT流入电机对应的线圈，再从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出。

步骤3、在当前PWM波周期的剩余时间内，关断所有三路上桥臂IGBT，电流经过之前导通的上桥臂对应的下桥臂中的续流二极管流入对应的电机线圈，从电机另外两相和其连接的下桥臂IGBT流出。

步骤4、通过电机运行方程及IGBT特性，计算获取电机该相线圈电阻。

本步骤中，计算方法为：

其中，R_x指代x相电阻，I_x为电机x相线圈流过的相电流，Tx为该上桥臂导通控制PWM波占空比控制寄存器中对应的时间，x为a或b或c，E_dc为直流母线电压，Vs为该IGBT正向导通压降，Vd为对应的下桥臂中的续流二极管正向导通压降，Ton为该IGBT信号上升延迟时间，Toff为该IGBT信号下降延迟时间，Td为该IGBT死区时间，T为PWM波周期。

这里，电机x相线圈流过的电流可通过电流采样单元及模数转换(空调中控制电路本身所具有的部分)获取，而直流母线电压可通过模数转换(空调中控制电路本身所具有的部分)获取，IGBT信号上升延迟时间及IGBT信号下降延迟时间可通过查询IGBT硬件手册获取或通过硬件电路测试获取，IGBT死区时间根据IGBT硬件手册中的IGBT资料选择设置，IGBT正向导通压降及对应的下桥臂中的续流二极管正向导通压降可通过查询IGBT硬件手册获取。

步骤5、判断是否所有三个上桥臂都已导通过，若是则根据三相线圈电阻计算得到电机相电阻，否则选择另一个未导通过的上桥臂回到步骤2。

本步骤中，根据三相线圈电阻计算得到电机相电阻的计算方法为：

其中，R为电机相电阻，R_a、R_b、R_c分别指代a相电阻、b相电阻及c相电阻。

具体举例如下：

如图1所示，为变频空调控制部分电路，包括IGBT模块(逆变器)及变频电机(即图中PMSM)等，在电机控制所需逆变器上桥臂一只IGBT控制端输入PWM波，其对应的下桥臂控制PWM波由微处理器输出互补的PWM波而确定，另外4只IGBT施加固定的高低电平对开关管进行开通或者关断，这样就等效为对电机施加有效矢量V1(1，0，0)和零矢量V2(0，0，0)两个电压矢量，当施加V1(1，0，0)时，上桥臂仅有一只IGBT通过，另外两只上桥臂IGBT关断，由于微处理器输出的控制PWM波，采用三相互补的输出方式，在不考虑死区控制的条件下，当上桥臂为高电平时，其对应的下桥臂为低电平，当上桥臂为低电平时，其对应的下桥臂为高电平。当考虑死区控制的条件下，微处理器所输出的三相互补PWM波，上下桥臂仅相差相应的死区时间。当施加有效矢量V1(1，0，0)时，微处理器控制输出，使IGBT VT1导通，IGBT VT 3和IGBT VT5截止，当施加零矢量V2(0，0，0)时，微处理器控制输出，使IGBT VT1截止，IGBT VT 3和IGBT VT5也截止。

当采用三角波调制PWM占空比时，微处理器内部计数器TCNT从0加计数到三角波载波频率对应的最大计数值TC，当TCNT＝TC时，TCNT开始减计数，当TCNT减计数到0后，从0开始加计数，同时进入下一个计算控制周期，对应电机a相来说，微处理器根据用于产生三相PWM波占空比之Ta寄存器值，自动产生三相互补之PWM波，如图4所示，在TCNT从0加计数到三角波载波频率对应的最大计数值TC的过程中，当Ta寄存器值与TCNT相等时，Vta+从高电平跳变为低电平，Vta-延迟一个死区时间从低电平跳变到高电平；在TCNT从TC减计数到0的过程中，当Ta寄存器值与TCNT相等时，Vta-从高电平跳变为低电平，Vta+延迟一个死区时间从低电平跳变到高电平，TC对应的时间为PWM波周期T的一半，如图4所示。

当IGBT VT1输入PWM波如图4所示时，图4中，在不考虑考虑IGBT开通时间延时Ton和IGBT关断时间时间延时Toff时，实际施加IGBT VT1的PWM波为Vta+，施加IGBT VT2的PWM波为Vta-；当考虑IGBT开通时间延时Ton，IGBT关断时间时间延时Toff时，则施加IGBT VT1的PWM波为Vt1_1，实际到IGBT VT2的PWM波为Vt2_1，其中IGBT死区时间为Td。

在矢量V1(1,0,0)控制下，IGBT VT1导通，如果IGBT VT1导通时间为To，则在To时间内，IGBT VT1导通，IGBT VT3、IGBT VT4关断，同时，下桥臂IGBT VT2截止，IGBT VT4、IGBT VT6导通，在上桥臂IGBT VT1导通时间To内，电流从IGBT VT1流入，进入电机a相绕组,然后从b、c两相流出经IGBT VT4和IGBT VT6达到直流母线的地线一端，此状态下的等效电路如图2所示，图中，R_a为a相电阻，La为a相电感，R_b为b相电阻，Lb为b相电感,R_c为c相电阻，Lc为c相电感，I_a、I_b、I_c、为电机a、b、c三相线圈流过的相电流。假设电机三相参数一致，则电流满足I_a＝-2I_b＝-2I_c关系(负号表示电流从电机线圈流出)，IGBT VT1、IGBT VT4、IGBT VT6为IGBT。在施加零矢量V2(0,0,0)，对IGBT VT1施加低电平的驱动信号，使上桥臂IGBT VT1关断时，如果关断时间为Tof，则在Tof时间内，由于电机内部线圈电感的续流作用，电流会保持原来流动的方向不变，这时电流会从与IGBT VT2并联的反向续流二极管D2中流过，提供电机a相线圈电流，在零矢量时间Tof内IGBT VT1、IGBT VT3、IGBT VT4关断，同时，下桥臂IGBT VT2截止，IGBT VT4、IGBT VT6导通，此状态下即施加零矢量状态下，等效电路如图3所示。图中R_a为a相电阻，La为a相电感，R_b为b相电阻，Lb为b相电感，R_c为c相电阻，Lc为c相电感,，IGBT VT4、IGBT VT6为IGBT，D2为续流二极管，I_a、I_b、I_c、为电机a、b、c三相线圈流过的相电流,。假设电机三相参数一致，则电流满足I_a＝-2I_b＝-2I_c。

由电机运行方程：

其中，r为电机的相电阻，L_d、L_Q分别为电机d轴电感及q轴电感，K_E为电机反电动势常数，ω为电机当前运行角速度，U_d、U_q分别为电机d轴电压及q轴电压，I_d、I_q分别为电机d轴电流及q轴电流。

连续提供图4所示的PWM波，在电流足够大的条件下，最终电机转子转动到固定坐标轴α轴方向后静止不动，电机转速(角速度)ω为0，此时I_q＝0，I_d＝Ia＝-2Ib＝-2Ic，则电机运行方程为：

即：U_ddt＝rI_ddt+L_ddI_d

考虑一个PWM波周期，IGBT VT1导通时间To和关断时间Tof，对上式两边积分得：

由于在稳定条件下，即控制PWM波作用时间足够长后，电流波形如图5所示，

可见，

由此可得：

其中E_dc为直流母线电压，Vs为该IGBT VT1正向导通压降，Vd为续流二极管D2正向导通压降，To为IGBT VT1导通时间，Tof为IGBT VT1关断时间，T为PWM波周期，T＝To+Tof，I_a为电机流入电流大小数值，即电机a相线圈流过的相电流。

在考虑IGBT开通时间Ton和IGBT关断时间Toff的情况下，其控制IGBT VT1的控制PWM波形如图4中Vt1_1所示，则：

To＝Ta+Toff+(Ta-Td-Ton)，Tof＝T-(Ta+Toff+(Ta-Td-Ton))，其中Ta为IGBT VT1PWM波占空比控制寄存器对应的的时间，其数值在0～TC之间。

则：

带入得：

其中Vs、Vd可通过查询IGBT硬件手册获得，Ton、Toff可通过查询IGBT硬件手册或者通过具体的硬件电路测试获得，而Td死区时间可根据IGBT资料选择设置，E_dc为直流母线电压，通过模数转换获得，Ta为IGBT VT1的PWM波控占空比控制寄存器对应的的时间，其数值在0～TC之间，大小由软件设置，I_a为电机流入电流大小数值，通过与采样电阻R0连接的电流采样单元并通过模数转换获取，如图1所示。在满足电阻R_a辨识的条件下，Ta尽量小，避免造成电流I_a过大，烧坏IGBT或者电机线圈。

可见,选择合适的控制产生大小适度的电流I_a，查询IGBT手册获取Vs、Vd、Ton、Toff以及控制用的死区时间Td，对直流母线电压进行模数转换获取E_dc数值，对电机线圈电流进行采样获取I_a，一并带入公式就够识别电机a相电阻数值，为了提高电阻识别准确性，可以采用多组数值取平均值等方法获取相电阻数值。

可通过控制矢量V3(0，1，0)与零矢量矢量V2(0，0，0)作用时间，控制IGBT VT3导通，IGBT VT1与IGBT VT5关断方法获取b相电阻R_b，可通过控制矢量V4(0，0，1)与零矢量矢量V2(0，0，0)作用时间，通过控制IGBT VT5导通，IGBT VT1与IGBT VT3关断方法获取c相电阻R_c，最终获得电机相电阻数值达到离线获取电机相电阻的目的。