一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置及方法与流程

本发明涉及永磁同步电机性能检测领域，具体的是一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置及方法。

背景技术：

永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。永磁同步电机的主要参数包括定子电阻rs、转子磁链ψf、直轴电感ld、交轴电感lq以及转子初始位置角θ，这些参数对电机的性能非常关键，但是由于加工工艺水平和生产制造方法不同，电机生产后的实际参数值与理想设计值具有较大差异，此时若是按照理想设计值控制电机，会产生较大的转矩误差，影响电机的控制效率。因此，对永磁同步电动机的参数辨识检测具有重要意义。

现有永磁同步电动机的参数辨识检测方法存在下列问题：(1)目前定子电阻多采用伏安法或电桥法进行静态测量，但是当电机运行时随着温度的上升，定子电阻会产生较大的变化，因此现有技术不能对动态的电机定子电阻进行表征；(2)转子磁链ψf通常采用扩展卡尔曼滤波、模型参考自适应、最小二乘法等进行在线识别或离线识别，理论较为复杂，同时还需要建立较为复杂的观测器进行调整，可以作为理论研究，不适合实际使用；(3)直轴电感ld和交轴电感lq通常采用电压积分法或直接负载法进行辨识，电压积分法采用静态感应电桥的原理测量永磁同步电机的直轴和交轴电感，需要用到磁通计等测量工具直接负载法需要将永磁同步电机接入电源中，利用测量功率角的方式计算相应的永磁同步电机阻抗，实现过程较为繁琐；(4)转子初始位置角θ通常采用硬件脉冲法、软件脉冲法及对托反电势法进行辨识检测，但是由于电机的给定电压矢量、通过的电流直流量大小的限制以及角度识别误差等方面的影响，往往识别到的转子位置并不精确。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置及方法，本发明检测装置可以有效降低检测电机工作时振动，提高电机检测数据的精确度，同时检测电机安装和拆卸方便，本发明检测方法通过稳态辨识和在线补偿的方式可以准确获取永磁同步电机的各项参数，可以满足永磁同步电机高性能、高精度的要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置，包括测量柜，测量柜顶部开设有安装槽，安装槽内设有检测平台，检测平台底部固定安装若干隔振机构，检测平台通过隔振机构与安装槽内壁连接，检测平台表面依次设有检测电机、角速度检测器、扭矩检测器和陪测电机，检测电机与检测平台滑动连接，角速度检测器、扭矩检测器和陪测电机与检测平台固定连接，检测电机的输出轴与角速度检测器可拆卸连接，角速度检测器通过轴联器与扭矩检测器连接，扭矩检测器通过轴联器与陪测电机连接，测量柜前侧开设有放置柜，放置柜内设有测试仪、工业计算机和plc控制器，放置柜前侧敞口处滑动安装柜门，检测平台后侧的测量柜前面板固定安装显示器、显示仪表和开关面板。

优选地，检测平台为矩形，隔振机构固定安装在检测平台底部四角，隔振机构包括固定座，固定座底部固定安装连接杆，连接杆下端贯穿u型座，u型座固定安装在安装槽底部，固定座和u型座之间通过第一弹簧连接，固定座两侧铰接伸缩杆，伸缩杆远离固定座一端与安装槽侧壁铰接。

优选地，伸缩杆包括套筒，套筒内部设有容纳腔，套筒一端固定连接第一拉杆，套筒另一端贯穿设有第二拉杆，第二拉杆伸入容纳腔一端固定安装限位块，限位块和套筒一端内壁通过第二弹簧连接。

优选地，检测电机通过螺栓与活动座固定连接，活动座底部两侧固定安装滑块，滑块与丝杆螺纹配合，丝杆固定安装在滑轨内部，丝杆与滑轨转动连接，滑轨固定安装在活动座两侧的检测平台表面，丝杆一端固定安装转盘。

优选地，测试仪包括电参数仪、转矩转速仪、直流电阻仪和安规测试仪，测试仪的与检测电机内的信息采集模块电连接，测试仪与工业计算机电连接，工业计算机与plc控制器电连接，plc控制器分别与检测电机和陪测电机电连接。

一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法，包括以下步骤：

s1、测定不同定子绕组温度下的电阻阻值，通过检测电机温度作为参考，实时修改真实电机的数学模型，得到永磁同步电机定子电阻rs在线补偿；

s2、在电机稳态运行过程中通过测量d轴、q轴的电流与电压，利用稳态方程计算辨识转子磁链ψf，转子磁链的辨识计算公式如下：

公式ⅰ中：

ψf为永磁同步电机转子磁链辨识值，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

f为永磁同步电机转动频率，

然后根据步骤s1中永磁同步电机定子电阻rs在线补偿的方法进行永磁同步电机转子磁链在线补偿；

s3、在电机稳态运行过程中，测量得到永磁同步电机的d轴、q轴电流与电压，结合步骤s1中得到的定子电阻rs和步骤s2中得到的转子磁链ψf，计算直轴电感ld和交轴电感lq的辨识值，直轴电感ld和交轴电感lq的辨识计算公式如下：

公式ⅱ和公式ⅲ中：

ld为直轴电感辨识值，

lq为交轴电感辨识值，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

id为稳态时d轴电流，

iq为稳态时q轴电流

ω为电机转速，

ψf为永磁同步电机转子磁链辨识值，

rs为永磁同步电机定子电阻，

然后根据步骤s1中永磁同步电机定子电阻rs在线补偿的方法进行直轴电感ld和交轴电感lq在线补偿；

s4、采用直流定位法确定转子初始位置角θ0，然后对被测电机进行空载试验对初始位置角进行校正，初始位置角误差δθ为d轴、q轴电压比的反正切函数，

得到补偿后转子初始位置角为：

θ初始＝θ0-δθ公式ⅴ，

公式ⅳ和公式ⅴ中：

θ0为转子初始位置角，

δθ为初始位置角误差，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

θ初始为补偿后转子初始位置角，

然后根据步骤s1中永磁同步电机定子电阻rs在线补偿的方法进行初始位置角θ初始在线补偿。

步骤s1中永磁同步电机定子电阻rs在线补偿具体步骤为：

s101、通过负载测试平台使被侧电机稳定运行至特定温度后断电，测出定子电阻阻值；

s102、多次测定，获取不同定子绕组温度下的电阻阻值；

s103、将记录的多组温度及对应的定子电阻阻值进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中；

s104、采用电机实际运行温度为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿电机定子电阻rs。

步骤s2中永磁同步电机转子磁链在线补偿具体步骤为：

s201、根据步骤s1在线补偿永磁同步电机定子电阻rs；

s202、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，测试电机d轴电压ud、q轴电压uq和电机频率f，根据公式ⅰ计算辨识永磁同步电机转子磁链ψf；

s203、在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔200-300r/min重复测定并计算辨识永磁同步电机转子磁链ψf；

s204、将记录的多组电机转速及对应的转子磁链ψf进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中；

s205、采用电机实际运行频率为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机转子磁链ψf。

步骤s3中永磁同步电机直轴电感ld和交轴电感lq在线补偿的具体步骤为：

s301、根据步骤s1和步骤s2在线补偿永磁同步电机定子电阻rs和转子磁链ψf；

s302、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，测试电机d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq和电机频率f，根据公式ⅱ和公式ⅲ计算辨识直轴电感ld和交轴电感lq；

s303、在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔200-300r/min重复测定并计算辨识直轴电感ld和交轴电感lq；

s304、在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转矩，转矩增加范围为初始转矩的20-80％，在增加的转矩范围内多次重复测定并计算辨识直轴电感ld和交轴电感lq；

s305、将记录的多组电机转速和电机转矩对应的直轴电感ld和交轴电感lq进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中；

s306、采用电机实际运行转速和电机转矩为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机直轴电感ld和交轴电感lq。

步骤s4中永磁同步电机初始位置角θ初始在线补偿的具体步骤为：

s401、根据步骤s1在线补偿永磁同步电机定子电阻rs；

s402、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，测试电机d轴电压ud、q轴电压uq和电机频率f，根据公式ⅳ和公式ⅴ计算辨识永磁同步电机初始位置角θ初始；

s403、在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔200-300r/min重复测定并计算辨识永磁同步电机初始位置角θ初始；

s404、将记录的多组电机转速及对应的初始位置角θ初始进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中；

s405、采用电机实际运行转速为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机初始位置角θ初始。

本发明的有益效果：

1、本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置检测平台通过隔振机构固定安装在安装槽中，检测平台上的检测电机和陪测电机在工作时产生的振动可以有效的降低，提高电机检测数据的精确度；本发明检测电机通过活动座与检测平台滑动安装，检测电机与角速度检测器为可拆卸连接，通过转动转盘可以使检测电机和活动座沿滑轨水平移动，快速实现检测电机的安装和拆卸，提高电机检测的效率。

2、本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法通过离线测定永磁同步电机的定子电阻，并通过不同温度和定子电阻的二阶、三阶曲线拟合进行在线补偿，得到在线补偿的定子电阻rs，然后在稳态下辨识永磁同步电机的转子磁链ψf、直轴电感ld、交轴电感lq和补偿初始位置角θ初始，在通过增加电机转速和转矩的方式对永磁同步电机的转子磁链ψf、直轴电感ld、交轴电感lq和补偿初始位置角θ初始进行在线补偿，可以准确获取永磁同步电机的各项参数，提高了永磁同步电机参数识别的精度，可以满足永磁同步电机高性能、高精度的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置的整体结构示意图；

图2是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置测量柜的结构示意图；

图3是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置检测平台的结构示意图；

图4是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置隔振机构的结构示意图；

图5是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置伸缩杆的结构示意图；

图6是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置的电路连接示意图；

图7是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法步骤s1的步骤示意图；

图8是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法步骤s2和步骤s4的流程图；

图9是本发明电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法步骤s3的流程图。

图中：

1-测量柜，101-安装槽，102-放置柜，103-柜门，2-检测平台，3-隔振机构，4-检测电机，5-角速度检测器，6-扭矩检测器，7-陪测电机，8-轴联器，9-测试仪，10-工业计算机，11-plc控制器，12-显示器，13-显示仪表，14-开关面板，15-固定座，16-连接杆，17-u型座，18-第一弹簧，19-伸缩杆，191-套筒，192-容纳腔，193-第一拉杆，194-第二拉杆，195-限位块，196-第二弹簧，20-活动座，21-滑块，22-丝杆，23-滑轨，24-转盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测装置，包括测量柜1，测量柜1顶部开设有安装槽101，安装槽101内设有检测平台2，检测平台2底部固定安装若干隔振机构3，检测平台2通过隔振机构3与安装槽101内壁连接，检测平台2表面依次设有检测电机4、角速度检测器5、扭矩检测器6和陪测电机7，检测电机4与检测平台2滑动连接，角速度检测器5、扭矩检测器6和陪测电机7与检测平台2固定连接，检测电机4的输出轴与角速度检测器5可拆卸连接，角速度检测器5通过轴联器8与扭矩检测器6连接，扭矩检测器6通过轴联器8与陪测电机7连接，测量柜1前侧开设有放置柜102，放置柜102内设有测试仪9、工业计算机10和plc控制器11，放置柜102前侧敞口处滑动安装柜门103，检测平台2后侧的测量柜1前面板固定安装显示器12、显示仪表13和开关面板14。

检测平台2为矩形，隔振机构3固定安装在检测平台2底部四角，隔振机构3包括固定座15，固定座15底部固定安装连接杆16，连接杆16下端贯穿u型座17，u型座17固定安装在安装槽101底部，固定座15和u型座17之间通过第一弹簧18连接，固定座15两侧铰接伸缩杆19，伸缩杆19远离固定座15一端与安装槽101侧壁铰接。检测平台2通过隔振机构3固定安装在安装槽101中，检测平台2上的检测电机4和陪测电机在工作时产生的振动可以有效的降低，提高电机检测数据的精确度。

伸缩杆19包括套筒191，套筒191内部设有容纳腔192，套筒191一端固定连接第一拉杆193，套筒191另一端贯穿设有第二拉杆194，第二拉杆194伸入容纳腔192一端固定安装限位块195，限位块195和套筒191一端内壁通过第二弹簧196连接。

检测电机4通过螺栓与活动座20固定连接，活动座20底部两侧固定安装滑块21，滑块21与丝杆22螺纹配合，丝杆22固定安装在滑轨23内部，丝杆22与滑轨23转动连接，滑轨23固定安装在活动座20两侧的检测平台2表面，丝杆22一端固定安装转盘24。检测电机4通过活动座20与检测平台滑动安装，检测电机4与角速度检测器5为可拆卸连接，通过转动转盘24可以使检测电机4和活动座20沿滑轨23水平移动，快速实现检测电机4的安装和拆卸，提高电机检测的效率。

测试仪9包括电参数仪、转矩转速仪、直流电阻仪和安规测试仪，测试仪9的与检测电机4内的信息采集模块电连接，测试仪9与工业计算机10电连接，工业计算机10与plc控制器11电连接，plc控制器11分别与检测电机4和陪测电机7电连接。

一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识检测方法，包括以下步骤：

s1、通过负载测试平台使被侧电机稳定运行至特定温度后断电，测出定子电阻阻值，多次测定，获取不同定子绕组温度下的电阻阻值将记录的多组温度及对应的定子电阻阻值进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中，采用电机实际运行温度为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿电机定子电阻rs；

s2、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，在电机稳态运行过程中通过测量d轴、q轴的电流与电压，利用稳态方程计算辨识转子磁链ψf，转子磁链的辨识计算公式如下：

公式ⅰ中：

ψf为永磁同步电机转子磁链辨识值，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

f为永磁同步电机转动频率，

然后在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔250r/min重复测定并计算辨识永磁同步电机转子磁链ψf，将记录的多组电机转速及对应的转子磁链ψf进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中，采用电机实际运行频率为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机转子磁链ψf；

s3、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，在电机稳态运行过程中测量得到永磁同步电机的d轴、q轴电流与电压，结合步骤s1中得到的定子电阻rs和步骤s2中得到的转子磁链ψf，计算直轴电感ld和交轴电感lq的辨识值，直轴电感ld和交轴电感lq的辨识计算公式如下：

公式ⅱ和公式ⅲ中：

ld为直轴电感辨识值，

lq为交轴电感辨识值，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

id为稳态时d轴电流，

iq为稳态时q轴电流

ω为电机转速，

ψf为永磁同步电机转子磁链辨识值，

rs为永磁同步电机定子电阻rs，

然后在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔200r/min重复测定并计算辨识直轴电感ld和交轴电感lq，在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转矩，转矩增加范围为初始转矩的20-80％，在增加的转矩范围内多次重复测定并计算辨识直轴电感ld和交轴电感lq，将记录的多组电机转速和电机转矩对应的直轴电感ld和交轴电感lq进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中，采用电机实际运行转速和电机转矩为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机直轴电感ld和交轴电感lq；

s4、通过检测平台使被测电机在稳定区间空载运行，采用直流定位法确定转子初始位置角θ0，在电机稳态运行过程中通过测量电机d轴电压ud、q轴电压uq，对被测电机进行空载试验对初始位置角进行校正，初始位置角误差δθ为d轴、q轴电压比的反正切函数，

得到补偿后转子初始位置角为：

θ初始＝θ0-δθ公式ⅴ，

公式ⅳ和公式ⅴ中：

θ0为转子初始位置角，

δθ为初始位置角误差，

ud为稳态时d轴电压，

uq为稳态时q轴电压，

θ初始为补偿后转子初始位置角，

然后在测试电机稳态运行的同时增大测试电机电机转速，间隔200r/min重复测定并计算辨识永磁同步电机初始位置角θ初始，将记录的多组电机转速及对应的初始位置角θ初始进行二阶、三阶曲线拟合，然后将拟合曲线写入控制器软件中，采用电机实际运行转速为参考值，实时修改真实电机的数学模型，从而在线补偿永磁同步电机初始位置角θ初始。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。