一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法及系统

本发明涉及电机，更具体的说是涉及一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，永磁同步电机以永磁体提供励磁，使电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出故障的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度，近年来在航空航天、电动汽车、机器人等高性能控制领域得到了广泛应用。然而永磁同步电机上安装用于检测位置并测算速度的位置传感器使得系统体积和成本增加，且存在可靠性低等问题。尤其在高温、潮湿以及强辐射的复杂特殊环境中，位置传感器的精度和可靠性都会受到影响，进而降低电机的控制性能，因此无位置传感器控制成为解决这些问题的可行方案。

2、为了估算转子速度和转子位置信息，多采用滑模观测器与模型参考自适应观测器，由于滑模观测器存在固有抖振使得估计精度下降等问题，在高性能应用场合的适用性并不理想；相对而言，模型参考自适应观测器具有稳态精度高、收敛性好等优点，然而，运行于复杂特殊工况下的永磁同步电机参数极易发生变化，从而导致传统模型参考自适应观测器的估计精度变差，进而影响系统的高性能可靠运行。

3、因此，如何解决永磁电机多参数辨识的欠秩问题，改善永磁电机系统在高温、潮湿、强辐射等复杂环境下因传感器可靠性，与复杂特殊工况下电机参数摄动等因素造成转速控制精度下降是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法及系统以解决背景技术中提到的部分问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：

4、s1.检测获取三相定子电流，通过坐标变换得到当前时刻的交直轴电流实际值，并根据交直轴电流实际值获得定子电感；

5、s2.获取当前时刻的估计转速与转子位置，根据与参考转速的误差通过速度环调节器获得交轴电流参考值，直轴电流参考值设定为零，根据交直轴参考电流和实际电流得到交直轴电流的误差，通过交直轴电流控制器获得交直轴参考电压；

6、s3.根据直轴电流、交轴电流、直轴参考电压、交轴参考电压和定子电感，基于模型参考自适应观测器采用在线分步参数辨识策略，对电机转速、转子位置、定子电阻和气隙磁链在线辨识及更新；

7、s4.直轴参考电压与交轴参考电压经旋转坐标反变换后输入通过空间矢量脉宽调制模块产生驱动脉冲信号，控制三相逆变器对永磁同步电机矢量控制。

8、优选的，s1具体内容包括：离线测量得到电感与电流数据，并拟合出电感与电流关系表达式，实现电感参数的实时获取与更新：

9、

10、其中，id与iq分别为直轴电流与交轴电流，ms为拟合公式常数项，a1、a2与a3分别为直轴电流的一次项、二次项与三次项系数，b1、b2与b3分别为交轴电流的一次项、二次项与三次项系数。

11、优选的，s2的具体内容为:估计转速输入转速外环与参考转速比较得到误差信号并给到转速外环比例积分调节器得到交轴参考电流，估计转子位置输入旋转坐标变换模块与旋转坐标反变换模块，直轴参考电流的参考值为0，直轴参考电流与直轴实际电流的误差输入直轴比例积分调节器得到直轴参考电压，交轴参考电流与交轴实际电流的误差输入交轴比例积分调节器得到交轴参考电压。

12、优选的，s3的具体内容包括：

13、根据实时获得的定子电感进行电感参数实时更新；

14、基于模型参考自适应观测器设计多参数辨识策略，分别对电机转速、定子电阻、永磁体磁链实现在线参数分步辨识；

15、设计变参数pi调节器对模型参考自适应观测器进行自适应调节。

16、优选的，变参数pi调节器为关于观测误差的函数，具体为：

17、

18、其中，kp0、ki0为初始pi参数，kps、kis为调节范围系数，dp、di为调节快慢系数。

19、优选的，永磁同步电机转速辨识表达式为：

20、

21、其中，为辨识转速，与分别为直轴电流与交轴电流辨识值，ls为定子电感，ψf为气隙磁链，kpω、kiω分别为转速辨识环节自适应机构比例系数与积分系数。

22、优选的，永磁同步电机定子电阻辨识表达式为：

23、

24、其中，为辨识定子电阻，kpr、kir分别为定子电阻辨识环节自适应机构比例系数与积分系数，i′d＝id+ψf/ls，i′q＝iq，u′d＝ud+rsψf/ls，u′q＝uq。

25、优选的，永磁同步电机永磁体磁链辨识表达式为：

26、

27、其中，为气隙磁链辨识值，kpf、kif分别为气隙磁链辨识环节自适应机构比例系数与积分系数。

28、一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制系统，包括永磁同步电机无位置传感器双闭环矢量控制模型；

29、永磁同步电机无位置传感器双闭环矢量控制模型包括转速外环模块、电流内环模块、坐标变换模块、空间矢量脉宽调制模块、功率变换模块和基于分步多参数辨识的转速与转子位置观测模块；

30、基于分步多参数辨识的转速与转子位置观测模块包括电感参数实时更新单元、多参数辨识单元和变参数pi调节器自适应机构。

31、优选的，转速外环模块与电流内环模块均采用比例积分调节器实现转速与电流的无静差跟踪，坐标变换模块包括静止坐标变换、旋转坐标变换和旋转坐标反变换，功率变换模块采用三相两电平逆变器给永磁同步电机提供三相交流电。

32、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法及系统，离线拟合电感与电流多项式关系表达式，并将其应用于在线电感参数实时更新，保证后级模型参考自适应观测器所用电感参数的准确性，同时提高在线确定实时电感参数的速度，省去了利用其他形式的观测器或在后级模型参考自适应观测器中引入电感辨识时造成算法复杂程度显著提高的缺点；

33、基于模型参考自适应观测器分别对电机转速、定子电阻、气隙磁链实现在线分步辨识，解决了同时进行多参数辨识时欠秩问题导致的估计结果误差过大，易陷入局部最优解等问题；

34、为进一步减少模型参考自适应观测器的调节时间与提高估计精度，将自适应机构pi调节器的比例系数和积分系数分别定义为关于估计误差的函数，实现参数一定范围内的动态调节，提高模型参考自适应观测器的整体性能。

技术特征：

1.一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，s1具体内容包括：离线测量得到电感与电流数据，并拟合出电感与电流关系表达式，实现电感参数的实时获取与更新：

3.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，s2的具体内容为:估计转速输入转速外环与参考转速比较得到转速误差信号并输入转速外环比例积分调节器得到交轴参考电流，估计转子位置输入旋转坐标变换模块与旋转坐标反变换模块，直轴参考电流的参考值为0，直轴参考电流与直轴实际电流的误差输入直轴比例积分调节器得到直轴参考电压，交轴参考电流与交轴实际电流的误差输入交轴比例积分调节器得到交轴参考电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，s3的具体内容包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，变参数pi调节器为关于观测误差的函数，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，永磁同步电机转速辨识表达式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，永磁同步电机定子电阻辨识表达式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，永磁同步电机永磁体磁链辨识表达式为：

9.一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制系统，基于权利要求1-8任意一项所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括永磁同步电机无位置传感器双闭环矢量控制模型；

10.根据权利要求9所述的一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制系统，其特征在于，转速外环模块与电流内环模块均采用比例积分调节器实现转速与电流的无静差跟踪，坐标变换模块包括静止坐标变换、旋转坐标变换和旋转坐标反变换，功率变换模块采用三相两电平逆变器给永磁同步电机提供三相交流电。

技术总结
本发明公开了一种基于分步多参数辨识的永磁同步电机控制方法及系统，检测获取三相定子电流，得到当前时刻的交直轴电流实际值，并实时获得定子电感，估计转速与转子位置并获取直轴电流、交轴电流、直轴参考电压、交轴参考电压和定子电感，基于模型参考自适应观测器采用在线分步参数辨识策略，对电机转速、转子位置、定子电阻和气隙磁链在线辨识及更新；直轴参考电压与交轴参考电压经旋转坐标反变换后输入空间矢量脉宽调制模块产生驱动脉冲信号，控制三相逆变器对永磁同步电机矢量控制；本发明有助于解决电机多参数辨识的欠秩问题，并减少观测器的收敛时间，提高估计精度，实现永磁同步电机驱动系统的可靠运行与更高性能的控制。

技术研发人员：包广清,孟庆成
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14