一种永磁同步电机参数的实时辨识方法

本公开属于电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机参数的实时辨识方法。

背景技术：

随着现在科技的不断发展，随着永磁同步电机矢量控制技术的广泛应用，永磁同步电机也被广泛地应用于各种场合；在现有的矢量控制技术包括以模型为基础发展的现代控制理论中，控制器的控制性能十分依赖永磁同步电机的定子电阻、电感和磁链等参数，对于因为电流增加导致电感变化或者温度变化导致电阻、磁链变化会使得控制器的性能急剧下降，同时控制器的相应参数也会随之无法适配；因此，控制器中采用的永磁同步电机参数可以直接影响整个调速系统的性能；

当前，永磁同步电机中各类参数的辨识通常采用离线人工测量的方法，在实现过程中，传统技术中至少存在如下问题：离线的方法无法准确考虑电机温升及电流突然增加对定子电阻、电感和磁链的影响，且无法在电机运行中获知上述参数；再者，目前提出的各种在线辨识方法如卡尔曼滤波、最小二乘法等运用的方法均为四参数同时辨识，利用反复迭代四维矩阵，这样计算量太大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种永磁同步电机参数的实时辨识方法，能够快速便捷准确地测量定子电阻、电感和磁链。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种永磁同步电机参数的实时辨识方法，其特征在于，所述方法包括：

s1:获取永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，以及转子位置θ和转速ω；

s2：利用克拉克变换得到三相电流在αβ坐标系下的分量iα和iβ，同时给定d轴给定电流id^*和q轴给定电流iq^*，再利用帕克逆变换得到所述d轴给定电流id^*和q轴给定电流iq^*在αβ坐标系下的分量iα^*和iβ^*；

s3：向定子参数观测器输入iα和iα^*，计算得到αβ坐标系下电机实时定子电感lα、lβ、定子电阻rs和磁链ψf。

进一步地，所述三相电流从电流采样模块中获得，转子位置θ和转速ω从位置传感器模块获得。

进一步地，给转速环自抗扰控制器输入所采集的转速ω和给定额定转速ω^*，由自抗扰控制器得到q轴给定电流iq^*，同时给定d轴给定电流id^*＝0。

进一步地，通过向α轴电流环自抗扰控制器和β轴电流环自抗扰控制器分别输入上述iα、iα^*及iβ、iβ^*，得到输出量第一电压uα和第二电压uβ，再向电机参数观测器输入iα和iα^*及iβ、iβ^*，得到αβ坐标系下电机实时定子电感lα、lβ、定子电阻rs和磁链ψf。

进一步地，所述定子电感lα、lβ、定子电阻rs和磁链ψf的计算过程如下：

永磁同步电机在αβ轴系下的电压方程为：

上式中lα、lβ为αβ轴系的电感，ωr为转子电角速度，ψf为永磁体磁链，rs为电机实时定子电阻，将电压方程变化可得：

充分考虑电阻、电感和磁链的变化，假定：

上式中δlα，δlβ，δψf和δrs分别为αβ轴系下的电感变化量、电机定子磁链变化量以及定子电阻变化量。考虑以上电机参数变化量，电机电压方程可变化为：

其中，dα、dβ分别为αβ轴系下由于定子参数变化而引起的扰动量。再由下式一阶系统的标准型：

上式中，f1(y,t)、f2(y,t)是与输出量y有关的函数，u是输入量，b是输入量u的系数,且f1、f2和u都是已知，假设k1＝k10+δk1，k2＝k20+δk2，b＝b0+δb，k1，k2，b是需要辨识的参数，k10，k20，b0是任意设定值，δk1，δk2，δb为实际值与设定值的差值，可得；

此时定子参数观测器内的扩张状态观测器的第一输出z1和第二输出z2为：

由(6)式可得，此时定子参数观测器内的扩张状态观测器的第一输出z1和第二输出z2为：

上式中δrs和δψf分别是由于电机温度变化而引起的定子电阻及定子磁链变化值，δlα和δlβ分别为αβ轴系下由于电流瞬时变化而电感饱和引起的电感变化量。

由式(11)和式(12)可得：

因为mosfet开关频率较高约为20khz，电感的变化时间能及时检测到。于是有下列具体方法：

检测连续两个电周期之间的电流变化量δiα和δiβ：

(1)δiα≥0.5a且连续三次检测均为δiα≥0.5a则运行电感检测算法，保持检测频率为20khz；

所述电感检测算法：由于电阻和磁链是由于温度而慢速变化的惯性量，所以在一个检测周期内可以认定电阻和磁链并未来得及变化，于是就有

将式(14)代入式(13)，可得：

可得：

于是：

上式中lαlβ为αβ轴系下电机实时电感，lα0lβ0为αβ轴系下电机初始电感；

(2)若没有触发(1)中所提到的阈值，则正常运行电阻和磁链检测算法，保持检测频率为500hz；

所述电阻和磁链检测算法：因为电感检测频率高，变化也快，而电阻和磁链为迟滞变化的物理量，电感已经检测并完成迭代，电阻和磁链才来得及变化，因次可认为在执行电阻和磁链检测算法时，电感的变化为0，于是:

将式(18)代入式(13)：

可得：

于是，

上式中，rs和ψf分别是实时电机定子电阻与磁链，rs0和ψf0分别是初始电机定子电阻与磁链。

本公开的有益效果：本发明充分利用自抗扰控制器扩张观测器能观测扰动的特性，对永磁同步电机的电压方程进行变换，再对采样得到的电流和电压进行处理，计算出定子电感、电阻和磁链，相比于现有技术定子电感、电阻和磁链的测量更加得准确快捷，计算量也大大减小。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，一种永磁同步电机参数的实时辨识方法是基于无电压传感器三矢量模型实现的，具体包括如下步骤：

1)首先利用电流采样模块采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，并利用位置传感器模块采集永磁同步电机的转子位置θ和转速ω信息。

2)利用克拉克变换得到三相电流ia、ib、ic在αβ坐标系下的分量iα和iβ，即3s-2s坐标变换，具体计算如下式(1)所示：

接着给转速环自抗扰控制器输入所采集的转速ω和给定额定转速ω^*，由自抗扰控制器得到q轴给定电流iq^*，同时给定d轴给定电流id^*＝0。

利用帕克逆变换得到上述id^*和iq^*在αβ坐标系下的分量iα^*和iβ^*，即2r-2s坐标变换，具体计算如下式(2)：

3)向α轴电流环自抗扰控制器和β轴电流环自抗扰控制器分别输入上述iα、iα^*及iβ、iβ^*，得到输出量第一电压uα和第二电压uβ，再向电机参数观测器输入iα和iα^*及iβ、iβ^*，得到αβ坐标系下电机实时定子电感lα、lβ、定子电阻rs和磁链ψf，具体计算过程如下：

永磁同步电机在αβ轴系下的电压方程为：

上式中lα、lβ为αβ轴系的电感，ωr为转子电角速度，ψf为永磁体磁链，rs为电机实时定子电阻，将电压方程变化可得：

充分考虑电阻、电感和磁链的变化，假定：

上式中δlα，δlβ，δψf和δrs分别为αβ轴系下的电感变化量、电机定子磁链变化量以及定子电阻变化量。考虑以上电机参数变化量，电机电压方程可变化为：

其中，dα、dβ分别为αβ轴系下由于定子参数变化而引起的扰动量。再由下式一阶系统的标准型：

上式中，f1(y,t)、f2(y,t)是与输出量y有关的函数，u是输入量，b是输入量u的系数,且f1、f2和u都是已知，假设k1＝k10+δk1，k2＝k20+δk2，b＝b0+δb，k1，k2，b是需要辨识的参数，k10，k20，b0是任意设定值，δk1，δk2，δb为实际值与设定值的差值，可得；

此时定子参数观测器内的扩张状态观测器的第一输出z1和第二输出z2为：

由(6)式可得，此时定子参数观测器内的扩张状态观测器的第一输出z1和第二输出z2为：

上式中δrs和δψf分别是由于电机温度变化而引起的定子电阻及定子磁链变化值，δlα和δlβ分别为αβ轴系下由于电流瞬时变化而电感饱和引起的电感变化量；

由式(11)和式(12)可得：

因为mosfet开关频率较高约为20khz，电感的变化时间能及时检测到，于是有下列具体方法：

检测连续两个电周期之间的电流变化量δiα和δiβ：

(1)δiα≥0.5a且连续三次检测均为δiα≥0.5a则运行电感检测算法，保持检测频率为20khz；

电感检测算法：由于电阻和磁链是由于温度而慢速变化的惯性量，所以在一个检测周期内可以认定电阻和磁链并未来得及变化。于是就有

将式(14)代入式(13)，可得：

可得：

于是：

上式中lαlβ为αβ轴系下电机实时电感，lα0lβ0为αβ轴系下电机初始电感；

(2)若没有触发(1)中所提到的阈值，则正常运行电阻和磁链检测算法，保持检测频率为500hz；

电阻和磁链检测算法：因为电感检测频率高，变化也快，而电阻和磁链为迟滞变化的物理量，电感已经检测并完成迭代，电阻和磁链才来得及变化，因次可认为在执行电阻和磁链检测算法时，电感的变化为0，于是:

将式(18)代入式(13)：

可得：

于是，

上式中，rs和ψf分别是实时电机定子电阻与磁链，rs0和ψf0分别是初始电机定子电阻与磁链。

将第一电压uα和第二电压uβ输入svpwm调制模块，svpwm调制模块输出的控制电压使三相逆变桥在直流电压vdc作用下驱动永磁同步电机pmsm。

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。