基于准比例谐振控制器的永磁同步电机电感参数辨识方法与流程

本发明涉及一种永磁同步电机，具体的说是一种永磁同步电机电感参数辨识方法，属于电机控制技术领域。

背景技术：

永磁同步电机凭借体积小、重量轻、功率因数高和控制性能好等优点得到了广泛的工业应用。对永磁同步电机的精确控制需要知道其电机参数，无论是永磁同步电机的无传感器控制还是电机的弱磁控制以及各种新型的控制算法，大多都需要在知道电机参数的前提下进行控制。尤其是内置式永磁同步电机，其磁场易于进入非线性区，电感和永磁体磁通发生较大的变化，引起转矩精度下降、系统稳定性变差，故辨识出永磁同步电机在不同电流作用下的电感参数极为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于准比例谐振控制器的永磁同步电机电感参数辨识方法，可以实现对表贴式永磁同步电机、内嵌式永磁同步电机的d轴电感和q轴电感比较准确的辨识。

本发明的目的是这样实现的：基于准比例谐振控制器的永磁同步电机电感参数辨识方法，包括以下步骤：

步骤1)采用电流传感器采集永磁同步电机输入端的电流信号，电流传感器的a相定子电流ia信号输出端连接到三相静止-两相静止坐标变换环节的a相定子电流信号输入端；电流传感器的b相定子电流ib信号输出端连接到三相静止-两相静止坐标变换环节的b相定子电流信号输入端；

步骤2)三相静止-两相静止坐标变换单元的α轴电流iα信号输出端连接到两相静止-两相旋转坐标变换单元的α轴电流信号输入端，三相静止-两相静止坐标变换单元的β轴电流iβ信号输出端连接到两相静止-两相旋转坐标变换单元的β轴电流信号输入端得到dq轴电流id和iq；

步骤3)两相静止-两相旋转坐标变换单元的d轴电流id信号输出端连接到d轴低通滤波器的输入端以及d轴带通滤波器的输入端；两相静止-两相旋转坐标变换单元的q轴电流iq信号输出端连接到q轴低通滤波器的输入端以及q轴带通滤波器的输入端；

步骤4)d轴高频注入电流信号idhref与d轴带通滤波器的输出idh作差，差值连接到d轴准比例谐振控制器(pr)的输入端；q轴高频注入电流信号iqhref与q轴带通滤波器的输出iqh作差，差值连接到q轴准比例谐振控制器(pr)的输入端；

步骤5)采用光电编码器采集永磁同步电机的转速信号，光电编码器测出的转速ωe，给定转速ωeref减去光电编码器测得转速ωe，获得的差值作为速度调节器的输入；

步骤6)速度调节器输出端输出q轴电流参考信号iqref，q轴电流参考信号iqref减去q轴低通滤波器的输出信号iql,其差值连接到电流调节器的输入端；d轴给定电流信号idref减去d轴低通滤波器的输出信号idl，其差值连接到电流调节器的输入端；

步骤7)电流调节器的d轴电压输出端输出的电压信号ud加上d轴准比例谐振控制器(pr)的输出信号，连接到两相静止-两相旋转坐标变换的d轴电压输入端以及离散傅里叶变换模块(dft)的输入端；电流调节器的q轴电压输出端输出的电压信号uq加上q轴准比例谐振控制器(pr)的输出信号，连接到两相静止-两相旋转坐标变换的q轴电压输入端以及离散傅里叶变换模块(dft)的输入端；

步骤8)两相静止-两相旋转坐标变换输出的α轴电压信号uα连接到电压空间矢量脉宽调制的α轴电压给定信号输入端，两相静止-两相旋转坐标变换输出的β轴电压信号uβ连接到电压空间矢量脉宽调制的β轴电压给定信号输入端；

步骤9)电压空间矢量脉宽调制单元中六个功率开关管的状态信号输出端同时连接电压型逆变器的功率开关管状态信号输入端，电压型逆变器的三相电压输出端分别与永磁同步电机的三相电压输入端对应连接；

步骤10)离散傅里叶变换环节(dft)的输出连接到电感参数辨识模块，电感参数辨识模块输出d轴电感值ld和q轴电感值lq。

作为本发明的进一步限定，步骤10)中离散傅里叶变换环节(dft)的输出为dq轴系下高频响应电压信号的幅值，根据该幅值计算d轴电感值ld和q轴电感值lq的公式为：

式中，udh_amp为d轴注入频率处的高频响应信号的幅值，uqh_amp为q轴注入频率处的高频响应信号的幅值，imh为注入的高频脉振电流信号的幅值，ωh为注入电流信号的频率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所述的基于准比例谐振控制的永磁同步电机电感参数辨识系统及方法，提出电流注入法永磁同步电机电感参数辨识方案，通过注入高频脉振电流信号的方式，利用准比例谐振控制器实现高频脉振电流注入信号的闭环控制，通过合理设计准比例谐振控制器的比例增益系数kp、积分增益系数kr和截止频率ωc，使其在谐振频率ωh附近能实现高频脉振电流信号无静差控制；这样准比例谐振控制器能准确的控制注入电流信号的大小，减小电流谐波含量的同时避免电压注入法电感参数辨识实验中有可能会出现的过流问题；无需在原有设备上添加额外的硬件设施，算法简单可靠，可以实现对表贴式永磁同步电机、内嵌式永磁同步电机的d轴电感和q轴电感比较准确的辨识，而且电机轴无论处于自由态，还是处于抱紧状态，都不影响辨识的精度；通过辨识得到的参数可用于对永磁同步电机的矢量控制算法中，因此该电感参数辨识方案具有更强的通用性。

附图说明

图1为本发明基于准比例谐振的永磁同步电机电感参数辨识系统的原理框图，其中dft为离散傅里叶变换环节。

图2为本发明准比例谐振控制器的原理框图。

图3为本发明离散傅里叶环节的高频响应信号幅值提取的流程图。

图4为本发明电感辨识环节计算电感值的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明主要的为一种基于准比例谐振控制器的永磁同步电机电感参数辨识方法，其首先向dq轴注入高频脉振电流信号，获取d轴和q轴电压上在注入频率上的高频响应电压的幅值，根据所述的dq轴的高频响应电压中的高频分量的幅值计算dq轴电感。

本辨识方法中主要包括：三相逆变器、空间矢量脉宽调制单元、光电编码器单元、三相静止-两相静止坐标变换单元、两相静止-两相旋转坐标变换单元、两相旋转-两相静止坐标变换单元、电流调节器(比例积分控制器)、低通滤波器、带通滤波器、准比例谐振控制器(pr)、离散傅里叶分析单元(dft)、电感辨识单元。

具体实施包含以下步骤:

步骤一：利用电流传感器采集永磁同步电机输入端的电流信号，电流传感器的a、b相定子电流ia、ib输入到三相静止-两相静止坐标变换单元得到αβ轴电流iα、iβ；

步骤二：由三相静止-两相静止坐标变换单元得到的αβ轴电流iα、iβ输入到两相静止-两相旋转坐标变换单元得到dq轴电流id、iq；

步骤三：由两相静止-两相旋转坐标变换单元得到的dq轴电流id、iq分别输入到低通滤波器得到电流idl、iql，同时分别输入到带通滤波器得到电流idh、iqh；

步骤四：d轴注入的高频电流idhref＝imhcos(ωht)减去步骤三经过d轴带通滤波器得到的电流idh后输入到准比例谐振控制器(pr)得到电压量udh；q轴注入的高频电流iqhref＝imhcos(ωht)减去步骤三经过q轴带通滤波器得到的电流iqh后输入到准比例谐振控制器(pr)得到电压量uqh；

步骤五：电机的给定转速值ωeref减去光电编码器单元得到的电机转速ωe输入到速度调节器(pi控制器)中得到电流参考值iqref；

步骤六：给定的d轴电流idref减去步骤三得到的电流idl输入到电流调节器(pi控制器)得到电压ud；步骤五中得到的电流参考值iqref减去步骤三得到的电流iql输入到电流调节器(pi控制器)得到电压uq；

步骤七：步骤六得到的电压量ud加上步骤四中得到的电压量udh输入到两相旋转-两相静止坐标系，同时输入到离散傅里叶变换模块；步骤六得到的电压量uq也加上步骤四中得到的电压量uqh输入到两相旋转-两相静止坐标系，同时输入到离散傅里叶变换模块；

步骤八：两相旋转-两相静止坐标系得到的αβ轴电压信号uα、uβ，并同时输入到空间矢量脉宽调制单元；

步骤九：空间矢量脉宽调制单元得到六路控制信号输入到三相逆变器中得到永磁同步电机的三相输入电压；

步骤十：步骤七中离散傅里叶分析单元(dft)，得到ωh频率处的电压响应信号幅值；令d轴在ωh频率处的响应电压信号幅值为udh_amp和q轴在ωh频率处的响应电压幅值为uqh_amp，输入电感辨识单元，进而得到dq轴电感值ld和lq。

本发明中，所用到的永磁同步电机基本理论如下：

注入的脉振高频电流通过准比例谐振控制器(pr)得到高频电压量，再通过调速系统的svpwm电压源逆变器供电实现电压量的输出，并施加到永磁同步电机(pmsm)上；假设注入的高频电流信号的频率为ωh，高频注入电流的幅值imh，采用dq坐标系，则注入的脉振高频电流信号可以表示为：

通常选用的高频电流信号的注入频率远大于基波电流频率且小于逆变器开关频率；在高频信号下，永磁同步电机的阻抗主要取决与感抗，定子电阻上的压降可忽略；得到高频下简化的模型：

根据式(2)和式(1)得，在脉振高频电流注入情况下，永磁同步电机的高频反馈电压信号为：

根据式(3)可知,只要得到dq轴中频率为ωh的高频电压响应信号的幅值udh_amp＝imhωhld和uqh_amp＝imhωhlq，即可得到永磁同步电机的d轴电感ld和q轴电感lq，如下式：

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1中速度调节器单元即为一个pi调节器，图1中的电流调节器也同样是pi调节器，可以使电机完成闭环运行，运行在给定的转速和电流下，方便获得不同电流下的电感值；

图1中准比例谐振控制器单元具体细节见图2；

图1中dft(准比例谐振控制器)模块，其流程见图3，用于求出高频电压响应信号的幅值；

图1中电感辨识模块，其流程见图4，用于利用高频响应信号的幅值具体计算出dq轴电感值。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。