电机参数在线辨识方法、系统、电机控制器及存储介质与流程

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种电机参数在线辨识方法、系统、电机控制器及存储介质。

背景技术：

在高性能永磁同步电机无位置传感器应用中，为了达到最优的控制性能，通常需要实时对电机的交、直轴电感参数进行在线辨识。

目前比较成熟的永磁同步电机交、直轴电感参数在线辨识方法主要有以下几种：a)模型参考自适应；b)扩展卡尔曼滤波；c)递推最小二乘法。其中：

模型参考自适应以及扩展卡尔曼滤波方法的电感参数辨识结果会受到转子位置观测误差的影响，通常只适用于标贴式永磁同步电机。

而递推最小二乘法由于具有对转子位置观测误差不敏感的优点，在电机参数在线辨识领域得到广泛应用，但是同扩展卡尔曼滤波方法一样，递推最小二乘法由于存在复杂的多阶矩阵运算，对计算资源的要求非常高，很难在低成本硬件方案下实现工程应用。为达到简化计算的目的，在工程应用上，目前出现了以假设电机定子电阻以及反电动势参数固定不变来对辨识模型进行降阶处理的方案。该方案通过事先离线检测得到的电机定子电阻、反电动势参数，然后将固定的电阻以及反电动势参数反代入电机数学模型实现对辨识对象数学模型的降阶。但是，此方案假设电机定子电阻以及反电动势参数为固定值不变，而永磁同步电机在实际运行过程中温度的变化会造成电阻以及反电动势参数变化，因此其在线辨识电感参数精度会受到影响，并且该方案也仅仅只是对辨识模型进行了降阶处理，其递推最小二乘算法中仍然存在复杂的矩阵以及除法运算，对计算资源的减小非常有限。此外，这种方案的辨识对象模型中存在与电机运行转速有关的变量，在运行转速变化时会打破原有收敛状态，在重新收敛到另外一个稳定状态的过程中会造成辨识精度变差以及收敛速度变慢等不利影响。

由此可见，现有的永磁同步电机交、直轴电感参数在线辨识方法存在有辨识结果会受转子位置观测误差的影响，在线辨识电感参数易受温度、电机运行转速变化影响，导致辨识精度差、收敛速度慢以及算法复杂的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电机参数在线辨识方法、系统、电机控制器及存储介质，旨在解决上述现有的永磁同步电机交、直轴电感参数在线辨识方法存在有辨识结果会受转子位置观测误差的影响，在线辨识电感参数易受温度、电机运行转速变化影响，导致辨识精度差、收敛速度慢以及算法复杂的问题。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电机参数在线辨识方法，包括：

产生高频激励信号，将所述高频激励信号叠加到电机控制的电流给定指令中，所述电流给定指令用于控制所述电机运行；

获取控制所述电机运行的交、直轴电流信号和交、直轴电压信号，并对所述交、直轴电流信号和所述交、直轴电压信号进行高频分量提取；

根据提取的交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量以及预设递推算法计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵；

根据所述高频数学模型的系数矩阵计算得到所述电机的交轴电感参数和直轴电感参数。

优选地，根据提取的交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量以及预设递推算法计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵包括：

将所述交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量代入以下预设递推算法，计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵：

其中为系数矩阵的递推矩阵，y(t)为所述电机的三相电流经坐标变换及滤波处理后得到的高频电流信号，vγ(t)为t时刻交轴电压的高频分量，vδ(t)为t时刻直轴电压高频分量，iγ(t)为t时刻交轴电流高频分量，iδ(t)为t时刻直轴电流高频分量，为的转置矩阵，p(t)为协方差矩阵。

优选地，所述协方差矩阵p(t)通过以下计算式计算获得：

优选地，所述电机的交轴电感参数通过以下计算式计算获得：

所述电机的直轴电感参数通过以下计算式计算获得：

其中，δt为递推计算时间周期，m1＝b11+b22，m2＝a11+a22-2，

优选地，所述方法还包括：

根据以下计算式计算获得定子电阻

其中，m1＝b11+b22，m2＝a11+a22-2。

优选地，所述高频激励信号为以下信号之一：随机信号、m序列信号、逆m序列信号、方波信号；

所述高频激励信号的频率为所述电机额定频率的两倍至功率单元开关频率的一半，且所述高频激励信号的幅值为所述电机额定电流的0～8％。

本发明实施例还提供一种电机参数在线辨识系统，包括：

激励信号生成单元，用于产生高频激励信号，将所述高频激励信号叠加到电机控制的电流给定指令中，根据所述电流给定指令控制电机运行；

高频分量提取单元，用于获取控制所述电机运行的交、直轴电流信号和交、直轴电压信号，并对所述交、直轴电流信号和所述交、直轴电压信号进行高频分量提取；

系数矩阵计算单元，用于根据提取的交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量和预设递推算法计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵；

电感参数计算单元，用于根据所述高频数学模型的系数矩阵计算得到所述电机的交轴电感参数和直轴电感参数。

优选地，所述系数矩阵计算单元将所述交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量代入以下预设递推算法，计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵：

其中，为系数矩阵的递推矩阵，y(t)为所述电机的三相电流经坐标变换及滤波处理后得到的高频电流信号，vγ(t)为t时刻交轴电压的高频分量，vδ(t)为t时刻直轴电压高频分量，iγ(t)为t时刻交轴电流高频分量，iδ(t)为t时刻直轴电流高频分量，为的转置矩阵，p(t)为协方差矩阵。

本发明实施例还提供一种电机控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述方法的步骤。

本发明实施例提供的电机参数在线辨识方法、系统、电机控制器及存储介质，通过向电流给定指令中加入高频激励信号，后续提取采样电流、电压信号中的高频分量，根据电流、电压信号中的高频分量和预设递推算法计算电机的高频数学模型的系数矩阵，并根据该系数矩阵计算得到电机的交、直轴电感参数，其计算过程与转子观测位置、温度以及电机运行转速温度无关，不受这些因素影响，可以提高电机参数的在线辨识精度；此外，本发明实施例由于提取电机电流、电压信号中的高频分量，然后根据提取的电流、电压的高频分量和所述预设递推算法计算高频数学模型的系数矩阵，从而可以将系数矩阵由5×2个元素减少为4×2个元素，极大程度减小了计算量，使得原本十分复杂的永磁同步电机的交、直轴电感参数在线识别可在低成本硬件条件下实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电机参数在线辨识方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的电机控制器的示意图；

图3是本发明实施例提供的电机参数在线辨识系统实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，是本发明实施例提供的电机参数在线辨识方法的流程示意图，该方法可应用于电机控制器，并在线识别电机的电感参数，从而提高电机控制器的控制精度。本实施例的电机参数在线辨识方法包括以下步骤：

步骤s1：产生高频激励信号，将高频激励信号叠加到电机控制的电流给定指令中，根据电流给定指令控制所述电机运行。

在该步骤中，激励信号具体可以采用以下信号之一：随机信号、m序列信号、逆m序列信号、方波信号；所述激励信号的频率为所述电机额定频率的两倍至功率单元开关频率的一半，且所述激励信号的幅值为所述电机额定电流的0～8％。

步骤s2：获取控制电机运行的交、直轴电流信号和交、直轴电压信号，并对交、直轴电流信号和交、直轴电压信号进行高频分量提取。

上述发波电压具体可根据逆变单元中逆变桥开关动作重构得到，当然在实际应用中，发波电压也可通过采样逆变器的输出电压获取。三相电流信号则可通过采样逆变单元的输出电流得到。

具体地，在对所述发波电压进行滤波时，需先将获得的发波电压进行克拉克变换获得交轴电压和直轴电压；然后使用高通滤波器或带通滤波器对交轴电压进行滤波获得交轴电压的高频分量vγ，以及使用高通滤波器或带通滤波器对直轴电压进行滤波获得直轴电压的高频分量vδ。特别地，上述高通滤波器或带通滤波器在与激励信号相同的频率下进行滤波。

同样地，在对三相电流信号进行滤波时，需先将三相电流信号进行克拉克变换获得交轴电流和直轴电流；然后使用高通滤波器或带通滤波器对交轴电流进行滤波获得交轴电流的高频分量iy，以及使用高通滤波器或带通滤波器对直轴电流进行滤波获得直轴电流的高频分量iδ。特别地，上述高通滤波器或带通滤波器在与激励信号相同的频率下进行滤波。

步骤s3：根据提取的交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量以及预设递推算法计算得到所述电机的高频数学模型的系数矩阵。需辨识的永磁同步电机的交轴电感参数和直轴电感参数信息就包含在此系数矩阵中。

步骤s4：根据高频数学模型的系数矩阵计算得到电机的交轴电感参数和直轴电感参数。

现有技术中，永磁同步电动机数学模型如下计算式(1)、(2)所示：

其中，

vγ(k)为k时刻交轴电压的高频分量，vδ(k)为k时刻直轴电压高频分量，iγ(k)为k时刻交轴电流高频分量，iδ(k)为k时刻直轴电流高频分量，[abc]为包含有永磁同步电机电阻、电感、反电动势等参数信息的系数矩阵。

基于上述模型来实施递推最小二乘法需要同时辨识a、b、c矩阵里面的5*2个系数，常规递推最小二乘法，其协方差矩阵p为5×5矩阵，如下式(3)、(4)所示，

其中，为系数矩阵[abc]的递推矩阵，y(t)为电机的三相电流经坐标变换及滤波处理后得到的高频电流信号，为辨识模型输入信号，输入信号的转置矩阵，p(t)为协方差矩阵。

上述参数矩阵[abc]中，由于c包含有与反电动势有关的参数，当永磁同步电机运行工况变化时，上述计算式(3)的递推算法观测的c并不能很好地跟随工况变化。为此，在本发明实施例中，通过提取电流、电压信号中的高频分量，仅利用电流、电压的高频分量来进行运算，这样可以消除掉参数矩阵中的c项，得到所述电机的高频数学模型：

其中，为k时刻的永磁同步电机轴的交轴电流的高频分量、为k时刻的永磁同步电机轴的直轴电流的高频分量、为k时刻的永磁同步电机轴的交轴电压的高频分量、为k时刻的永磁同步电机轴的直轴电压的高频分量。

上述

上述δt为递推计算时间周期。

相应地，在本发明实施例中，上述步骤s3中的预设算法采用一种优化的递推最小二乘算法，该算法将协方差矩阵p(t)简化为一个常数，如下式(8)、(9)所示：

其中为系数矩阵的递推矩阵，y(t)为辨识模型的输出高频电流信号，vγ(t)为t时刻交轴电压的高频分量，vδ(t)为t时刻直轴电压高频分量，iγ(t)为t时刻交轴电流高频分量，iδ(t)为t时刻直轴电流高频分量，为的转置矩阵，p(t)为协方差矩阵。

在上述基础上，步骤s4可通过以下计算式(10)计算永磁同步电机的交轴电感参数

并可通过以下计算式(11)计算永磁同步电机的直轴电感参数

其中m1＝b11+b22，m2＝a11+a22-2，δt为递推计算时间周期。

此外，上述方法还可根据以下计算式(12)计算获得永磁同步电机的定子电阻

以上可以看出，本实施例提供的电机参数在线辨识方法由于通过向电流给定指令中加入高频激励信号，后续提取采样电流、电压信号中的高频分量，根据电流、电压信号中的高频分量和预设递推算法计算电机的高频数学模型的系数矩阵，并根据该系数矩阵计算得到电机的交、直轴电感参数，其计算过程与转子观测位置、温度以及电机运行转速温度无关，不受这些因素影响，可以提高电机参数的在线辨识精度；此外，本发明实施例由于提取电机电流、电压信号中的高频分量，然后根据提取的电流、电压的高频分量和所述预设递推算法计算高频数学模型的系数矩阵，从而可以将系数矩阵由5×2个元素减少为4×2个元素，极大程度减小了计算量，使得原本十分复杂的永磁同步电机的交、直轴电感参数在线识别可在低成本硬件条件下实现。

实施例二

如图2所示，本发明实施例还提供一种电机控制器，该电机控制器可用于进行永磁同步电机的运行控制。本实施例中的永磁同步电机控制器包括存储器21和处理器22，该存储器21中存储有可在处理器22上运行的计算机程序，且处理器22执行上述计算机程序时实现如上所述电机参数在线辨识方法的步骤。

本实施例中的电机控制器与上述图1对应实施例中的方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

实施例三

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述电机参数在线辨识方法的步骤。

本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1对应实施例中的方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

实施例四

如图3所示，本发明实施例还提供一种电机参数在线辨识系统，该系统可应用于永磁同步电机控制器，并在线识别永磁同步电机的电感参数，从而提高永磁同步电机控制器的控制精度。本实施例的电机参数在线辨识系统包括激励信号生成单元31、高频分量提取单元32、系数矩阵计算单元33、电感参数计算单元34，上述激励信号生成单元31、高频分量提取单元32、系数矩阵计算单元33、电感参数计算单元34可分别由硬件、软件或两者的结合实现。

激励信号生成单元31用于产生高频激励信号，并将高频激励信号叠加到电机控制的电流给定指令中。上述电流给定指令用于控制电机运行。上述激励信号具体可以采用以下信号之一：随机信号、m序列信号、逆m序列信号、方波信号；所述激励信号的频率为永磁同步电机额定频率的两倍至功率单元开关频率的一半，且激励信号的幅值为电机额定电流的0～8％。

高频分量提取单元32用于获取控制电机运行的交、直轴电流信号和交、直轴电压信号，并对交、直轴电流信号和所述交、直轴电压信号进行高频分量提取。上述发波电压具体可根据逆变单元中逆变桥开关动作重构得到，当然在实际应用中，发波电压也可通过采样逆变器的输出电压获取。三相电流信号则可通过采样逆变单元的输出电流得到。该高频分量提取单元32具体可包括高通滤波器或带通滤波器。

系数矩阵计算单元33用于根据提取的交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量和预设递推算法计算得到电机的高频数学模型的系数矩阵。需辨识的永磁同步电机的交轴电感参数和直轴电感参数信息就包含在此系数矩阵中。

电感参数计算单元34用于根据高频数学模型的系数矩阵计算得到电机的交轴电感参数和直轴电感参数。

具体地，上述系数矩阵计算单元33将交、直轴电流高频分量和交、直轴电压高频分量代入以下预设递推算法，计算得到电机的高频数学模型的系数矩阵：

其中，为系数矩阵的递推矩阵，y(t)为电机的三相电流经坐标变换及滤波处理后得到的高频电流信号，vγ(t)为t时刻交轴电压的高频分量，vδ(t)为t时刻直轴电压高频分量，iγ(t)为t时刻交轴电流高频分量，iδ(t)为t时刻直轴电流高频分量，为的转置矩阵，p(t)为协方差矩阵。

在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。