饱和模型辨识方法、系统、设备及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种饱和模型辨识方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

在电机驱动控制系统中，由于电机本体特性所导致的电机参数随不同运行工况而产生的非线性变化，很大程度上限制了驱动控制器最佳性能的发挥。尤其对于同步电机，随着负载变化，电机磁链电流特性呈现明显的非线性特性，从而导致电机电感随负载呈非线性变化。

不论对于有速度传感控制还是对于无速度传感控制，保证电机电感参数的准确性都非常关键，具体体现在以下几个方面：

(1)电机电感参数的偏差会引起驱动控制器参数整定偏差，在电感非线性变化较为明显的情况下，甚至还会引起控制系统发散而不稳定运行；

(2)电机电感参数偏差会影响mtpa(maximumtorqueperampere，最大转矩电流比控制性能，导致系统效率降低；

(3)电机电感参数偏差会使转矩观测偏差增大，影响电机出力效果，使控制转矩偏差增大：

(4)电机电感参数偏差会引起观测器速度、角度观测偏差，这种偏差又会反馈至速度环、电流环，导致偏差加剧，甚至导致观测器发散，控制器失稳等后果，这在无速度传感控制中影响更为明显；

一般电机驱动控制系统中，对于同步电机电感参数的辨识需要在启动运行前执行，传统方法需要离线辨识同步机交直轴电感。而在离线辨识过程中获得的电感为固定值，仅代表某一特定工况下的电机电感值，很难真实反映出电机实际运行过程中不同工况下真实电感。

为解决离线辨识无法真实反映出电机实际运行过程中的真实电感，目前已提出了各类饱和模型辨识方案，具体包括：

(1)动态恒速标定测试法，该方法需要使电机运行在特定转速下，通过对拖加载的方式，并通过电流控制器施加不同电流组合扫描工作区，然后根据电机磁链、电压方程计算电流下组合下的磁链、电感。该方法能够保证足够的准确度，但是过程复杂，需要附加的加载测试装备，在大多数工业现场应用具有局限性，无法做到加载动态标定测试，通用性较差。

(2)动态加减速标定测试法，该方法通过电流环给定恒定交直轴电流，使电机先加速再减速，无需额外加载测试装备。仅通过加减速过程中的电压、电流数据计算磁链，最终求取加减速工程中磁链平均值。该方法基本原理与上述方法一样，但无需额外加载测试装备，过程简单。但该方法同样需要在动态过程中进行辨识，对于工业现场诸多带负载无法进行动态辨识场合适用性不好，且辨识过程持续时间较长。

(3)分段近似饱和模型辨识法，该方法将电机磁链电流关系分为非饱和线性段和饱和非线性段两端近似关系表达。通过交直轴电压注入方式，获取电压、电流数据，从而计算获得磁链，再根据特定的系数拟合方法(如最小二乘法等)确定分段模型中线性段和非线性段拟合系数。该方法准确度有待提高，且饱和模型分段处理后的表达式，并不能适用于更多的同步电机，准确度以及适用性欠佳。

(4)静态磁链电流拟合模型辨识法，该方法将磁链电流关系用复杂多项式表达，通过在交直轴连续注入高频脉冲电压，获取电流响应数据，计算获得磁链数据，在利用特定的拟合方法确定磁链电流多项式拟合系数，最终获得磁链-电流表达式，由此也可获得电感电流表达式。此方法虽然可实现静态离线辨识磁链、电感，但为了保证磁链电流以及电感电流关系能够准确反映电机真实特性，多项表达式往往需非常复杂，多项式系数较多。为了拟合出多个系数，所需的计算量及数据量较多，在嵌入式系统中实现空间具有一定局限性，通用性不够强。更重要的是采用连续高频脉冲电压注入方法，在求取磁链时纯积分的计算会由于积分初值、电压电流数据直流偏置以及零点漂移现象而导致磁链数据存在直流偏置或零点漂移，用滤波器方法消除效果有限，会进一步带来辨识偏差，同时也会引起转子抖动和振动。

(5)在线辨识法，该方法依赖于高频注入信号，通过提取高频电流响应信息，利用电机高频数学模型，求取磁链、电感。然而注入的高频信号会对电机在线运行过程中噪音、转矩脉动等性能带来不利影响。如在无速度传感控制中，注入的高频电压又会耦合在无速度传感观测其中，带来转速、角度观测偏差，严重时甚至影响观测器稳定性，导致系统不稳定运行。

技术实现要素：

本发明实施例针对上述饱和模型辨识方案中，动态恒速标定测试法通用性较差，动态加减速标定测试法适用性差、持续时间较长，分段近似饱和模型辨识法准确度以及适用性欠佳，静态磁链电流拟合模型辨识法计算量及数据量较多、磁链数据存在直流偏置或零点漂移，以及在线辨识法导致系统不稳定运行的问题，提供一种饱和模型辨识方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种饱和模型辨识方法，用于获取同步电机的饱和模型参数，所述饱和模型参数包括自饱和系数，所述方法包括：

向所述同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一d轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组中分别由所述至少两个周期的第一d轴电压激发产生的至少两个第一d轴电流，并根据所述至少两个第一d轴电压和至少两个所述第一d轴电流获取所述同步电机的d轴自饱和系数；

向所述同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组中分别由所述至少两个周期的第一q轴电压激发产生的至少两个第一q轴电流，并根据所述至少两个第一q轴电压和至少两个所述第一q轴电流获取所述同步电机的q轴自饱和系数。

本发明实施例还提供一种饱和模型辨识系统，用于获取同步电机的饱和模型参数，所述饱和模型参数包括自饱和系数，所述系统包括第一辨识单元和第二辨识单元，其中：

所述第一辨识单元，用于向所述同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一d轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组中分别由所述至少两个周期的第一d轴电压激发产生的至少两个第一d轴电流，并根据所述至少两个第一d轴电压和至少两个所述第一d轴电流获取所述同步电机的d轴自饱和系数；

所述第二辨识单元，用于向所述同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组中分别由所述至少两个周期的第一q轴电压激发产生的至少两个第一q轴电流，并根据所述至少两个第一q轴电压和至少两个所述第一q轴电流获取所述同步电机的q轴自饱和系数。

本发明实施例还提供一种饱和模型辨识设备，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饱和模型辨识方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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，实现如上所述饱和模型辨识方法的步骤。

本发明实施例的饱和模型辨识方法、系统、设备及计算机可读存储介质，通过分段向同步电机注入至少两个周期的d轴电压和至少两个周期的q轴电压，可在静态离线状态下完成饱和模型辨识，在保证准确度的情况下极大提升了通用性需求。

本发明实施例还根据不同电流状态调整注入电压设定值，既保证了电流采样准确性，又可有效减少或避免转子抖动，同时还可尽可能消除求取磁链过程中连续积分引入的累计误差。

附图说明

图1是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中第一d轴电压和第一d轴电流的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的饱和模型辨识方法中第一d轴电压和第一d轴电流的示意图；

图4是本发明又一实施例提供的饱和模型辨识方法中第一d轴电压和第一d轴电流的示意图；

图5是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取d轴自饱和电感的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取d轴自饱和电感的曲线图；

图7是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取q轴自饱和电感的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取q轴自饱和电感的曲线图；

图9是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取d轴电感交叉耦合系数以及q轴电感交叉耦合系数的示意图；

图10是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压、第二q轴电流的示意图；

图11是本发明另一实施例提供的饱和模型辨识方法中第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压、第二q轴电流的示意图；

图12是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取d轴自饱和磁链的流程示意图；

图13是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取q轴自饱和磁链的流程示意图；

图14是本发明实施例提供的饱和模型辨识方法中获取d轴磁链交叉耦合系数以及q轴磁链交叉耦合系数的示意图；

图15是本发明实施例提供的饱和模型辨识系统的示意图；

图16是本发明实施例提供的饱和模型辨识设备的示意图。

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。

本发明通过在不同时间激发同步电机的d轴饱和特性和q轴饱和特性，既保证了电流采样准确性，又可有效减少或避免转子抖动，同时还可尽可能消除求取磁链过程中连续积分引入的累计误差，从而提高了饱和模型辨识的准确性，以及提升了辨识方法的通用性。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种饱和模型辨识方法，用于获取同步电机的饱和模型参数，上述饱和模型参数包括自饱和系数(具体可包括d轴自饱和系数和q轴自饱和系数)，本实施例的饱和模型辨识方法包括以下步骤：

步骤s11：向同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一d轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性，同时采样同步电机的定子绕组中分别由至少两个周期的第一d轴电压激发产生的至少两个第一d轴电流，并根据至少两个第一d轴电压和至少两个第一d轴电流获取同步电机的d轴自饱和系数。

在该步骤中，通过向同步电机的定子绕组注入第一d轴电压，使同步电机绕组中产生足够激发出同步电机饱和效应的电流，即在旋转坐标系中的直轴(d轴)产生足够大的直轴(d轴)电流(id)，使其达到能够使同步电机处于非线性饱和程度。上述第一d轴电压需包括正电压和负电压，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应的电流。并且，向同步电机的定子绕组注入的第一d轴电压的周期数越多，获得的d轴自饱和系数越精确，但计算量和耗时会增加。

在计算d轴自饱和系数时使用的第一d轴电压可直接采用注入到定子绕组的电压。为使计算结构更加精确，上述第一d轴电压也可通过采样定子绕组电压获得。并且为了保证后续的辨识计算准确，上述第一d轴电压(在通过采样方式获取时)、第一d轴电流数据获取可包含数据延迟校准、零漂校准、逆变器非线性补偿校准等环节。

步骤s12：向同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，同时采样同步电机的定子绕组中分别由至少两个周期的第一q轴电压激发产生的至少两个第一q轴电流，并根据至少两个第一q轴电压和至少两个第一q轴电流获取同步电机的q轴自饱和系数。

在步骤s11类似地，该步骤通过向同步电机的定子绕组注入第一q轴电压，使同步电机绕组中产生足够激发出同步电机饱和效应的电流，即在旋转坐标系中的交轴(q轴)产生足够大的交轴(q轴)电流(iq)，使其达到能够使同步电机处于非线性饱和程度。上述第一q轴电压需包括正电压和负电压，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应的电流。并且，向同步电机的定子绕组注入的第一d轴电压的周期数越多，获得的d轴自饱和系数越精确，但计算量和耗时会增加。

在计算q轴自饱和系数时使用的第一q轴电压可直接采用注入到定子绕组的电压。为使计算结构更加精确，上述第一q轴电压也可通过采样定子绕组电压获得。并且为了保证后续的辨识计算准确，上述第一q轴电压(在通过采样方式获取时)、第一q轴电流数据获取可包含数据延迟校准、零漂校准、逆变器非线性补偿校准等环节。

上述步骤s11中，向同步电机的定子绕组注入第一d轴电压以及采样同步电机的定子绕组的第一d轴电流，与步骤s12中，向同步电机的定子绕组注入第一q轴电压以及采样同步电机的定子绕组的第一q轴电流，需在不同时间执行，且执行的先后不做限定。

上述饱和模型辨识方法通过分段(即不同时间段)向同步电机注入至少两个周期的d轴电压和至少两个周期的q轴电压，可在静态离线状态下完成饱和模型辨识，在保证准确度的情况下极大提升了通用性需求。与现有连续脉冲电压注入辨识方法相比，上述饱和模型辨识方法需要辨识的系数较少，且无需复杂多项式拟合，运算相对较小，所需控制器存储空间要求较低，辨识准确度较高。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，上述第一d轴电压21(第一q轴电压)可为连续正负脉冲等值电压，其可使同步电机绕组中对应产生第一d轴电流22(第一q轴电流)。为了提高辨识的准确性，可增加向同步电机的定子绕组注入的第一d轴电压21(第一q轴电压)的脉冲周期数。

为了尽可能消除求取磁链过程中连续积分引入的累计误差，如图3所示，上述第一d轴电压31(第一q轴电压)为分段正负脉冲等值电压，其可使同步电机绕组中对应产生第一d轴电流32(第一q轴电流)。也就是将一个周期的第一d轴电压(第一q轴电压)分为两部分：激发出正向的第一d轴电流32(第一q轴电流)的部分和激发出负向的第一d轴电流32(第一q轴电流)的部分，并在两部分增加预设时长的中断(即零电压)，中断时长可根据需要调整。

此外，还可在向同步电机的定子绕组中注入第一d轴电压和第一q轴电压时，根据不同电流状态调整注入电压设定值。具体地，如图4所示，可根据第一d轴电流42调整第一d轴电压41，使得第一d轴电压在第一d轴电流42小于或等于预设幅值时的电压幅值小于在第一d轴电流42大于预设幅值时的电压幅值；以及根据第一q轴电流调整第一q轴电压，使得第一q轴电压在第一q轴电流小于或等于预设幅值时的电压幅值小于在第一q轴电流大于预设幅值时的电压幅值。即在激发的电流较小时采用低电压注入，在激发的电流较大时采用高电压注入，这样一方面可保证电流采样的准确度，另一方面可尽可能减小电压注入过程中转子抖动的影响，并且还可有效避免小电感同步电机由于电流上升太快导致辨识过程中过流或电流采样不准确，提升了辨识方法通用性。

在本发明的另一实施例中，饱和模型参数包括d轴自饱和电感，此时，如图5所示，上述步骤s11中具体可通过以下方式获取d轴自饱和电感：

步骤s111：根据每一周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流，获取第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴电感(可以为第一d轴电流的部分或全部采样点处的第一d轴电感，且可根据不同的应用场合采用不同方式计算，下同)，并且为了保证第一d轴电感计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

具体地，上述d轴自饱和系数具体可包括d轴自饱和电感，结合图6所示，若向同步电机的定子绕组注入两个周期的第一d轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性，该步骤可在向定子绕组注入第一周期的第一d轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一d轴电流，并根据该周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流计算上述第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴电感(该期间的第一d轴电感可如图6所示的曲线61)；在向定子绕组注入第二周期的第一d轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一d轴电流，并根据该周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流计算上述第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴电感(该期间的第一d轴电感可如图6所示的曲线62)。

步骤s112：获取在多个预设的电流特征点65处的第一d轴电感均值，第一d轴电感均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流获取的第一d轴电感的平均值或加权平均值。

上述预设的电流特征点65的个数以及取值间隔不做限定，例如电流特征点65可分别取-in、-0.5in、-0.25in、0、0.25in、0.5in、in等，其中in为同步电机额定电流。在该步骤中，每一预设的电流特征点65处，取第一周期的第一d轴电感(即曲线61上的点)和第二周期的第一d轴电感(即曲线62上的点)，并将上述两点的纵坐标取平均值或加权平均值，形成该预设的电流特征点65处的第一d轴电感均值。即每一预设的电流特征点65对应一个第一d轴电感均值。

步骤s113：通过对在多个预设的电流特征点65处的第一d轴电感均值进行分段插值拟合(例如最小二乘法等)获取d轴自饱和电感，如图6中的曲线63所示。

上述q轴自饱和系数具体可包括q轴自饱和电感，如图7所示，上述步骤s12具体可通过以下方式获取q轴自饱和电感：

步骤s121：根据每一周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流，获取第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴电感(可根据不同的应用场合采用不同方式计算)，并且为了保证第一q轴电感计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

具体地，结合图8所示，若向同步电机的定子绕组注入两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，该步骤可在向定子绕组注入第一周期的第一q轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一q轴电流，并根据该周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流计算上述第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴电感(该期间的第一q轴电感可如图8所示的曲线81)；在向定子绕组注入第二周期的第一q轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一q轴电流，并根据该周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流计算上述第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴电感(该期间的第一q轴电感可如图8所示的曲线82)。

步骤s122：获取在多个预设的电流特征点85处的第一q轴电感均值，第一q轴电感均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流获取的第一q轴电感的平均值或加权平均值。

在该步骤中，每一预设的电流特征点85处，取第一周期的第一q轴电感(即曲线81上的点)和第二周期的第一q轴电感(即曲线82上的点)，并将上述两点的纵坐标取平均值或加权平均值，形成该预设的电流特征点85处的第一q轴电感均值。即每一预设的电流特征点85对应一个第一q轴电感均值。

步骤s123：通过对在多个预设的电流特征点85处的第一q轴电感均值进行分段插值拟合(例如最小二乘法等)获取q轴自饱和电感，如图8中的曲线83所示。

在本发明的另一实施例中，上述饱和模型参数还可包括电感交叉耦合系数(具体包括d轴电感交叉耦合系数和q轴电感交叉耦合系数)，如图9所示，相应的饱和模型辨识方法除了图1所示的步骤外，还包括：

步骤s91：向同步电机的定子绕组同时注入第二d轴电压和第二q轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性和q轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组的第二d轴电流和第二q轴电流。上述第二d轴电压和第二q轴电压均需包括正电压和负电压(同一周期内)，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应(即d轴和q轴交叉耦合特性)的电流。

特别地，为尽可能避免在第二d轴电压和第二q轴电压注入到定子绕组过程中同步电机的转子发生抖动，如图10所示，上述第二d轴电压101和第二q轴电压103的起始电压方向相同，并分别激发定子绕组产生第二d轴电流102和第二q轴电流104，且一个周期至少在部分时间段内，所述第二d轴电压和第二q轴电压的方向相反；或者，如图11所示，第二d轴电压111和第二q轴电压112(分别激发定子绕组产生第二d轴电流112和第二q轴电流114)的起始电压方向相反，且(一个周期)至少在部分时间段内，第二d轴电压111和第二q轴电压113的方向相同。

步骤s92：根据第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压以及第二q轴电流，计算在第二d轴电流的每一采样点处的第二d轴电感以及在第二q轴电流的每一采样点处的第二q轴电感(例如，上述第二d轴电感可以为图6所示的曲线64，第二q轴电感可以为图8所示的曲线84)。为了保证电感计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

步骤s93：获取在多个预设的电流特征点65处的第二d轴电感(曲线64上对应预设的电流特征点65处的值)，并根据在多个预设的特征点65处的第一d轴电感均值(来自曲线63)与第二d轴电感(相同预设的特征点处)的差值，通过辨识拟合方式获取d轴电感交叉耦合系数(该d轴电感交叉耦合系数为与d轴电流相关的变量)。

步骤s94：获取在多个预设的电流特征点85处的第二q轴电感(曲线84上对应预设的电流特征点85处的值)，并根据在多个预设的特征点85处的第一q轴电感均值(来自曲线63)与第二q轴电感(相同预设的特征点处)的差值，通过辨识拟合方式获取q轴电感交叉耦合系数(该q轴电感交叉耦合系数为与q轴电流相关的变量)。

在本发明的又一实施例中，上述d轴子饱和系数可包括d轴自饱和磁链，此时，如图12所示，上述步骤s11中具体可通过以下方式获取d轴自饱和磁链：

步骤s114：根据每一周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流，获取第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴磁链(可根据不同的应用场合采用不同方式计算)，并且为了保证第一d轴磁链计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

具体地，若向同步电机的定子绕组注入两个周期的第一d轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性，该步骤可在向定子绕组注入第一周期的第一d轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一d轴电流，并根据该周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流计算上述第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴磁链；在向定子绕组注入第二周期的第一d轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一d轴电流，并根据该周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流计算上述第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴磁链。

步骤s115：获取在多个预设的电流特征点处的第一d轴磁链均值，第一d轴磁链均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流获取的第一d轴磁链的平均值或加权平均值。

在该步骤中，每一预设的电流特征点处，取第一周期的第一d轴磁链和第二周期的第一d轴磁链，并将上述两点的值取平均值或加权平均值，形成该预设的电流特征点处的第一d轴磁链均值。即每一预设的电流特征点对应一个第一d轴磁链均值。

步骤s116：通过对在多个预设的电流特征点处的第一d轴磁链均值进行分段插值拟合(例如最小二乘法等)获取d轴自饱和磁链。

上述q轴自饱和系数可包括q轴自饱和磁链，如图13所示，上述步骤s12具体可通过以下方式获取q轴自饱和磁链：

步骤s124：根据每一周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流，获取第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴磁链(可根据不同的应用场合采用不同方式计算)，并且为了保证第一q轴磁链计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

具体地，若向同步电机的定子绕组注入两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，该步骤可在向定子绕组注入第一周期的第一q轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一q轴电流，并根据该周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流计算上述第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴磁链；在向定子绕组注入第二周期的第一q轴电压时，采样获得该期间定子绕组的第一q轴电流，并根据该周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流计算上述第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴磁链。

步骤s125：获取在多个预设的电流特征点处的第一q轴磁链均值，第一q轴磁链均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流获取的第一q轴磁链的平均值或加权平均值。

在该步骤中，每一预设的电流特征点处，取第一周期的第一q轴磁链和第二周期的第一q轴磁链，并将上述两点的值取平均值或加权平均值，形成该预设的电流特征点处的第一q轴磁链均值。即每一预设的电流特征点对应一个第一q轴磁链均值。

步骤s126：通过对在多个预设的电流特征点处的第一q轴磁链均值进行分段插值拟合(例如最小二乘法等)获取q轴自饱和磁链。

在本发明的另一实施例中，上述饱和模型参数还可包括d轴磁链交叉耦合系数和q轴磁链交叉耦合系数，如图14所示，相应的饱和模型辨识方法除了图1所示的步骤外，还包括：

步骤s95：向同步电机的定子绕组同时注入第二d轴电压和第二q轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性和q轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组的第二d轴电流和第二q轴电流。上述第二d轴电压和第二q轴电压均需包括正电压和负电压(同一周期内)，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应(即d轴和q轴交叉耦合特性)的电流。

步骤s95：根据第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压以及第二q轴电流，计算在第二d轴电流的每一采样点处的第二d轴磁链以及在第二q轴电流的每一采样点处的第二q轴磁链。为了保证磁链计算的准确度，此步骤可包括必要的滤波、直流偏置、零漂处理等操作。

步骤s96：获取在多个预设的电流特征点65处的第二d轴磁链，并根据在多个预设的特征点处的第一d轴磁链均值与第二d轴磁链的差值，通过辨识拟合方式获取d轴磁链交叉耦合系数(该d轴磁链交叉耦合系数为与d轴电流相关的变量)。

步骤s97：获取在多个预设的电流特征点处的第二q轴磁链，并根据在多个特征点85处的第一q轴磁链均值与第二q轴磁链的差值，通过辨识拟合方式获取q轴磁链交叉耦合系数(该q轴磁链交叉耦合系数为与q轴电流相关的变量)。

此外，上述饱和模型辨识方法还可包括饱和模型输出步骤，以将上述辨识获得的磁链、电感饱和模型中参数(d轴电感自饱和系数、q轴电感自饱和系数、d轴磁链自饱和系数、q轴磁链自饱和系数、d轴电感交叉耦合系数、q轴电感交叉耦合系数、d轴磁链交叉耦合系数以及q轴磁链交叉耦合系数等)输出。从而在电机控制器的后级模块应用时，可通过分段插值拟合操作，求取任意d、q轴电流对应的磁链和电感。

如图15所示，本发明实施例还提供一种饱和模型辨识系统，该系统用于获取同步电机的饱和模型参数，且饱和模型参数包括自饱和系数。本实施例的饱和模型辨识系统可集成到驱动同步电机运行的电机控制器，并包括第一辨识单元151和第二辨识单元152，上述第一辨识单元151和第二辨识单元152可由电机控制器结合在其上运行的软件构成。

第一辨识单元151用于向同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一d轴电压以激发同步电机的d轴饱和特性，同时采样同步电机的定子绕组中分别由至少两个周期的第一d轴电压激发产生的至少两个第一d轴电流，并根据至少两个第一d轴电压和至少两个所述第一d轴电流获取所述同步电机的d轴自饱和系数。

在第一辨识单元151通过向同步电机的定子绕组注入第一d轴电压，使同步电机绕组中产生足够激发出同步电机饱和效应的电流，即在旋转坐标系中的直轴(d轴)产生足够大的直轴(d轴)电流(id)，使其达到能够使同步电机处于非线性饱和程度。上述第一d轴电压需包括正电压和负电压，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应的电流。第一辨识单元151在计算d轴自饱和系数时使用的第一d轴电压可直接采用注入到定子绕组的电压。为使计算结构更加精确，上述第一d轴电压也可通过采样定子绕组电压获得。并且为了保证后续的辨识计算准确，上述第一d轴电压(在通过采样方式获取时)、第一d轴电流数据获取可包含数据延迟校准、零漂校准、逆变器非线性补偿校准等环节。

第二辨识单元152用于向同步电机的定子绕组注入至少两个周期的第一q轴电压以激发所述同步电机的q轴饱和特性，同时采样同步电机的定子绕组中分别由至少两个周期的第一q轴电压激发产生的至少两个第一q轴电流，并根据至少两个第一q轴电压和至少两个第一q轴电流获取所述同步电机的q轴自饱和系数。

类似地，第二辨识单元152通过向同步电机的定子绕组注入第一q轴电压，使同步电机绕组中产生足够激发出同步电机饱和效应的电流，即在旋转坐标系中的交轴(q轴)产生足够大的交轴(q轴)电流(iq)，使其达到能够使同步电机处于非线性饱和程度。上述第一q轴电压需包括正电压和负电压，且电压幅值没有具体要求，只需能够激发出同步电机饱和效应的电流。第二辨识单元152在计算q轴自饱和系数时使用的第一q轴电压可直接采用注入到定子绕组的电压。为使计算结构更加精确，上述第一q轴电压也可通过采样定子绕组电压获得。并且为了保证后续的辨识计算准确，上述第一q轴电压(在通过采样方式获取时)、第一q轴电流数据获取可包含数据延迟校准、零漂校准、逆变器非线性补偿校准等环节。

在本发明的另一实施例中，上述自饱和参数包括d轴自饱和电感和q轴自饱和电感，相应地，第一辨识单元151包括第一电感获取子单元、第一电感均值获取子单元以及第一电感插值拟合子单元。其中第一电感获取子单元根据每一周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流，获取第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴电感；第一电感均值获取子单元用于获取在多个预设的电流特征点处的第一d轴电感均值，第一d轴电感均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流获取的第一d轴电感的平均值或加权平均值；第一电感插值拟合子单元用于通过对在多个预设的电流特征点处的第一d轴电感均值进行分段插值拟合获取d轴自饱和电感。

第二辨识单元152包括第二电感获取子单元、第二电感均值获取子单元以及第二电感插值拟合子单元。其中，第二电感获取子单元用于根据每一周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流，获取第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴电感；第二电感均值获取子单元用于获取在多个预设的电流特征点处的第一q轴电感均值，第一q轴电感均值为在预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流获取的第一q轴电感的平均值或加权平均值；第二电感插值拟合子单元用于通过对在多个预设的电流特征点处的第一q轴电感均值进行分段插值拟合获取q轴自饱和电感。

此外，饱和模型参数包括d轴电感交叉耦合系数和q轴电感交叉耦合系数，相应地，饱和模型辨识系统还包括第三辨识单元。该第三辨识单元用于向所述同步电机的定子绕组同时注入第二d轴电压和第二q轴电压以激发所述同步电机的d轴饱和特性和q轴饱和特性，同时采样所述同步电机的定子绕组的第二d轴电流和第二q轴电流；根据所述第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压以及第二q轴电流，计算在所述第二d轴电流的每一采样点处的第二d轴电感以及在所述第二q轴电流的每一采样点处的第二q轴电感；获取在多个预设的电流特征点处的第二d轴电感，并根据在所述多个预设的特征点处的第一d轴电感均值与第二d轴电感的差值，通过辨识拟合方式获取d轴电感交叉耦合系数；以及获取在多个预设的电流特征点处的第二q轴电感，并根据在所述多个预设的特征点处的第一q轴电感均值与第二q轴电感的差值，通过辨识拟合方式获取q轴电感交叉耦合系数。

在本发明的又一实施例中，上述自饱和参数包括d轴自饱和磁链和q轴自饱和磁链，相应地，上述第一辨识单元151可包括第一磁链获取子单元、第一磁链均值获取子单元以及第一磁链插值拟合子单元。其中第一磁链获取子单元用于根据每一周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流，获取第一d轴电流的各个采样点处的第一d轴磁链；第一磁链均值获取子单元用于获取在多个预设的电流特征点处的第一d轴磁链均值，第一d轴磁链均值为在所述预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一d轴电压和对应的第一d轴电流获取的第一d轴磁链的平均值或加权平均值；第一磁链插值拟合子单元，用于通过对在多个预设的电流特征点处的第一d轴磁链均值进行分段插值拟合获取d轴自饱和磁链。

类似地，第二辨识单元152包括第二磁链获取子单元、第二磁链均值获取子单元以及第二磁链插值拟合子单元。第二磁链获取子单元用于根据每一周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流，获取第一q轴电流的各个采样点处的第一q轴磁链；第二磁链均值获取子单元用于获取在多个预设的电流特征点处的第一q轴磁链均值，第一q轴磁链均值为在所述预设的电流特征点处，分别根据至少两个周期的第一q轴电压和对应的第一q轴电流获取的第一q轴磁链的平均值或加权平均值；第二磁链插值拟合子单元用于通过对在多个预设的电流特征点处的第一q轴磁链均值进行分段插值拟合获取q轴自饱和磁链。

此外，上述饱和模型参数包括d轴磁链交叉耦合系数和q轴磁链交叉耦合系数，且上述饱和模型辨识系统还包括第四辨识单元。该第四辨识单元用于向所述同步电机的定子绕组同时注入第二d轴电压和第二q轴电压以激发同步电机的d轴饱和特性和q轴饱和特性，同时采样同步电机的定子绕组的第二d轴电流和第二q轴电流；并根据第二d轴电压、第二d轴电流、第二q轴电压以及第二q轴电流，计算在第二d轴电流的每一采样点处的第二d轴磁链以及在所述第二q轴电流的每一采样点处的第二q轴磁链；获取在多个预设的电流特征点处的第二d轴磁链，并根据在多个预设的特征点处的第一d轴磁链均值与第二d轴磁链的差值，通过辨识拟合方式获取d轴磁链交叉耦合系数；以及获取在多个预设的电流特征点处的第二q轴磁链，并根据在多个特征点处的第一q轴磁链均值与第二q轴磁链的差值，通过辨识拟合方式获取q轴磁链交叉耦合系数。

本实施例中的饱和模型辨识系统与上述图1-14中对应实施例中的饱和模型辨识方法属于同一构思，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。

本发明实施例还提供一种饱和模型辨识设备16，该设备16具体可以是用于驱动同步电机运行的电机控制器，如图15所示，该饱和模型辨识设备16包括存储器161和处理器162，存储器161中存储有可在处理器162执行的计算机程序，且处理器162执行计算机程序时实现如上所述饱和模型辨识方法的步骤。

本实施例中的饱和模型辨识设备16与上述图1-14对应实施例中的饱和模型辨识方法属于同一构思，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

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述饱和模型辨识方法的步骤。本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1-14对应实施例中的饱和模型辨识方法属于同一构思，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。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的饱和模型辨识方法、系统及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的饱和模型辨识系统实施例仅仅是示意性的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。