一种用于永磁同步电机矢量控制的基于离线参数辨识方法与流程

本发明属于同步电机控制领域，更具体地说，涉及一种用于永磁同步电机矢量控制的基于离线参数辨识方法。

背景技术

随着永磁同步电机在新能源汽车行业的广泛应用，各厂家对电机的控制调速性能和转矩响应性能的要求亦愈发严格。然而，电机运行过程中电感参数会随着电流的变化而实时变化，从而对控制的响应性和稳定性产生影响。永磁同步电机(pmsm)高效率、高功率密度、高转矩密度的优点，使其在电力电子技术飞速发展的今天得到了更多行业的重视，特别是新能源汽车行业。

电机控制系统的动态响应性与电流内环的跟踪速度密切相关。传统的电机控制系统中，电流内环直接通过简单的pi调节器实现d轴电流和q轴电流的跟踪，良好的跟踪特性对pi调节器参数要求严格，工程中实现难度较大。为了改善电流环的响应速度，同时减小系统参数的标定难度，需要对pi调节器的输出进行补偿。补偿过程中需要电机参数作为补偿依据，因此，电机参数的辨识也是pi调节器的一部分。

当前的电机参数在线辨识算法在工程中的实现较为复杂，会占用大量的cpu资源，实时性无法保证，且要保证有良好的给定初值条件，才能获得良好的辨识精度，同时稳定性较差，容易受噪声等因素的影响。

而电机参数离线辨识方法在理论和实践应用中均比较成熟，但是大多数都是基于电机初始状态进行辨识。电机d轴电感和q轴电感在电机运行过程中受电流大小的影响有较大的变化，如果在不同的工况下使用相同的电机参数，则会对控制器动态响应性造成较大的影响，因此在电机运行过程中使用不同的电机参数非常有必要。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种用于永磁同步电机矢量控制的基于离线参数辨识方法，设计合理，可以降低工程实现中电流环对pi调节器参数的过度依赖，使用相同的pi参数可以实现更佳的动态响应性，同时电流震荡和超调显著减小，从而实现控制系统在实际工况中更好的调速性能，适于推广。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于永磁同步电机矢量控制的基于离线参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、永磁同步电机空间矢量脉宽调制技术的转子磁场定向控制下，首先通过传统的pi调节器实现电流内环的闭环跟踪。

2)、在实现传统电流闭环的前提下，将电机拖至固定转速，给定d轴电流id和q轴电流iq均为0，系统稳定后，通过q轴pi调节器求得转子磁链ψf；

3)、将转子磁链相关项作为补偿项之一加入q轴pi调节器，在此基础上保持q轴电流iq给定为0，d轴电流id给定为某一定值，系统稳定后，通过q轴pi调节器求得d轴电感；

4)、给定不同的id值，同时给定iq为0，求不同d轴电流下所对应的d轴电感；

5)、给定id为0，给定iq为不同的值，通过d轴的pi调节器求不同q轴电流所对应的q轴电感；

6)、将d轴电感的相关项作为补偿项加入q轴pi调节器，将q轴电感的相关项作为补偿项加入d轴pi调节器，完成电流内环pi调节器的补偿。

作为一种优化的技术方案，通过传统的pi调节器进行电机参数的离线辨识，然后将辨识参数用于pi调节器的补偿，补偿后的系统积分项输出减小，增加了电流环动态响应性，同时抑制了超调。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明设计合理，可以降低工程实现中电流环对pi调节器参数的过度依赖，使用相同的pi参数可以实现更佳的动态响应性，同时电流震荡和超调显著减小，从而实现控制系统在实际工况中更好的调速性能，适于推广。

参照附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明一实施例永磁同步电机基于空间矢量脉宽调制技术的转子磁链定向控制系统模型框图；

图2为本发明一实施例传统的电流环pi调节器模型框图；

图3为本发明一实施例改进后增加补偿项pi调节器模型框图；

图4为本发明一实施例改进后的永磁同步电机基于空间矢量脉宽调制技术的转子磁链定向控制系统模型框图；

图5为本发明一实施例电机参数离线辨识交直轴电感和交直轴电流的关系折线图；

图6为本发明一实施例改进后的pi调节器动态过程中的积分项输出统计图。

具体实施方式

实施例

在电机运行过程中，忽略温度等因素的影响，则永磁同步电机电压与电流的关系可表示为式(1)。

如图1所示，本实施例中的永磁同步电机控制系统通过实时电流的采集，经坐标变换，并通过传统pi调节器，实现d轴和q轴电流的闭环跟踪。传统pi调节器控制框图如图2所示，pi调节器的软件实现如式(2)所示。

其中idref、iqref为d、q轴的给定电流，idfdb、iqfdb为d、q轴的实际反馈电流，由采样电路采集三相相电流转换而来，kp1、kp2、ki1、ki2为d、q轴调节器的比例项系数和积分项系数，up1、ip2、ui1、ui2、pidout、piqout为调节器每次计算后的比例项、积分项和输出值，ui1-1、ui2-1为上次计算周期中的积分项，为d、q轴的期望电压。

在动态过程中期望电压为比例项与积分项的和；稳态时电流反馈与电流给定值相同，故比例项为0，因此就等于积分项的输出。式(1)中，定子电阻rs为毫欧级，故rsid、rsiq项可视为0，稳态时id为常数idref，iq为常值iqref，所以did/dt、diq/dt为0，故ld(did/dt)、lq(diq/dt)可视为0。故，稳态下的d轴和q轴电压满足关系式(3)。

在完成图1中电流内环的闭环跟踪的前提下，通过传统pi调节器进行电机参数的离线辨识，再将辨识参数用于pi调节器的补偿。

本发明的基于离线参数辨识的调节器补偿方法具体包含以下步骤：

步骤一：在实现基于svpwm的磁场定向控制的传统电流闭环的前提下，将电机拖至固定转速，给定d轴电流id和q轴电流iq均为0，系统稳定后，d轴pi调节器输出为0，q轴pi调节器的输出为转速ωi与转子磁链ψf的乘积，转速和q轴电压已知，可求得转子磁链ψf。

步骤二：因转子磁链ψf在电机运行过程中变化很小，可视为恒定值。

步骤三：将转子磁链相关项作为补偿项之一加入q轴pi调节器，在此基础上保持q轴电流iq给定为0，d轴电流id给定为某一定值，系统稳定后，q轴调节器的积分项即为转速ωr、d轴电感ld和d轴电流id的乘积，转速ωr和id已知，可求得d轴电感ld。

步骤四：因d轴电感ld主要随d轴电流id变化，故给定不同的id值，求不同d轴电流下所对应的d轴电感。

步骤五：将d轴电感的相关项作为补偿项之一加入q轴pi调节器，完成q轴pi调节器的补偿。

步骤六：给定id为0，给定iq为不同的值，通过d轴的pi调节器求不同q轴电流所对应的q轴电感。

步骤七：将q轴电感的相关项作为补偿项加入d轴pi调节器，完成电流内环pi调节器的补偿，改进后增加补偿项pi调节器模型如图3所示。

将基于离线参数辨识改进的pi调节器加入控制系统中如图4所示。

通过本发明所阐述方法对电机参数进行离线辨识，交直轴电感和交直轴电流的关系如图5所示。

系统在使用本发明所述的pi调节器工作时，积分项的输出均在±10％以内，统计数据如图6所示。

本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。