一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法

本发明属于交流电机传动控制，具体涉及一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法。

背景技术：

1、多级式无刷同步电机(以下简称多级式电机)可靠性高、发电机技术成熟，广泛应用于航空领域。常见的多级式电机为三级式电机，由主电机、励磁机、副励磁机三级电机构成，主电机和励磁机采用旋转整流器连接转子，其结构如图1所示。而两级式电机则不包含副励磁机。近年来，多种多级式电机高性能控制算法相继提出，有效提高了多级式电机的控制性能。这类算法通常需要准确的励磁机定子参数，如果励磁机参数不准确，则会引起算法性能下降，甚至失效。因此，励磁机定子参数估算方法具有重要研究价值。

2、由图1可以看出，励磁机实际上是一个绕线式异步电机。针对绕线式异步电机已有成熟的参数辨识方法，但是这些方法都是建立在转子绕组短接的基础上。对于励磁机来说，其转子和旋转整流器相连，不为短接，同时，其转子侧也无法测量，导致现有方法不再适用。为了获得励磁机定子参数，可以将多级式电机加速到和励磁机定子磁场相同的转速，此时励磁机转子电流为零，即可利用励磁机定子电压和电流估算励磁机定子参数。但是，这种方法不能在电机静止的情况下实施，还需要原动机等设备，较为繁琐。

技术实现思路

1、为解决现有估算励磁机定子参数方法存在的问题，本发明提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，实现对旋转整流器换相过程的有效控制，确保能够利用旋转整流器换相过程进行励磁机定子参数估算。

2、本发明的技术方案为：

3、一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，包括以下步骤：

4、步骤1：在励磁机定子侧施加频率为fes的三相对称电压uesa，uesb，uesc；

5、步骤2：通过在励磁机定子侧注入电压改变旋转整流器的换相状态，具体步骤为：

6、在三相对称电压uesa，uesb，uesc的基础上注入方波电压uesa_inj，uesb_inj，uesc_inj，其中注入位置和方向为：

7、

8、其中uinj为注入方波电压的幅值，通过以下过程确定：

9、步骤2.1：设定一个较小的uinj作为初始值，采集励磁机的三相定子电流iesa，iesb，iesc，将处于方波电压低电平区间的电流iesa，iesb，iesc拼接起来，得到iesa_sin，iesb_sin，iesc_sin；

10、步骤2.2：根据公式

11、

12、对iesa_sin，iesb_sin，iesc_sin首先进行坐标变换，然后再通过低通滤波器(lpf，low-pass filter)滤除高频谐波，得到id_5th、iq_5th，其中θes＝2×π×fes；并根据公式

13、

14、得到is_5th；

15、步骤2.3：将uinj按照一定的规则增加，并重复步骤2.1和步骤2.2；

16、步骤2.4：判断is_5th的变化趋势，如果得到的is_5th比上一次小，则重复步骤2.3，否则取上一次的uinj作为最终注入方波电压的幅值，此时在方波低电平区间，旋转整流器处于导通区间；在方波高电平区间，旋转整流器处于换相区间；

17、步骤3：估算励磁机定子参数：

18、步骤3.1：在旋转整流器导通区间，根据励磁机的三相对称电压uesa，uesb，uesc和三相定子电流iesa，iesb，iesc，通过坐标变换得到励磁机定子αsβs轴电压和电流

19、步骤3.2：根据励磁机定子电压和定子电流通过最小二乘法参数估算公式

20、

21、进行参数估算；其中为估算参数矩阵，为励磁机定子电感的估算值，为励磁机定子电阻的估算值；k(k)为矫正矩阵；为响应变量；为回归变量矩阵，ts为k和k-1两次参数估算之间的时间间隔；p(k)为协方差矩阵；λ为遗忘因子；i为单位矩阵，k代表估算时刻。

22、进一步的，步骤3中，根据公式

23、

24、

25、得到励磁机定子αsβs轴电压和电流

26、进一步的，所述方波电压的占空比为1％-3％。

27、进一步的，步骤2.2中，低通滤波的截至频率为2hz-5hz。

28、进一步的，每次进入旋转整流器导通区间时进行参数估算，在换相区间不进行参数估算，参数在换相区间保持不变，等待进入旋转整流器导通区间时再次进行参数估算。

29、一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算装置，包括旋转整流器的换相状态确定模块和励磁机定子参数估算模块；

30、所述旋转整流器的换相状态确定模块通过在励磁机定子侧施加频率为fes的三相对称电压uesa，uesb，uesc，以及在三相对称电压uesa，uesb，uesc的基础上注入方波电压uesa_inj，uesb_inj，uesc_inj，从而改变旋转整流器换相状态，确定旋转整流器的导通区间和换相区间；

31、所述励磁机定子参数估算模块在旋转整流器导通区间，根据励磁机定子电压和定子电流通过最小二乘法参数估算公式

32、

33、进行参数估算；其中为估算参数矩阵，为励磁机定子电感的估算值，为励磁机定子电阻的估算值；k(k)为矫正矩阵；为响应变量；为回归变量矩阵，ts为k和k-1两次参数估算之间的时间间隔；p(k)为协方差矩阵；λ为遗忘因子；i为单位矩阵，k代表估算时刻。

34、一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述方法。

35、一种计算机系统，包括：一个或多个处理器，上述计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现上述方法。

36、有益效果

37、本发明提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧施加频率为fes的三相对称电压uesa，uesb，uesc，以及在三相对称电压uesa，uesb，uesc的基础上注入方波电压uesa_inj，uesb_inj，uesc_inj，改变旋转整流器换相状态，确定旋转整流器的导通区间和换相区间，实现对旋转整流器换相过程的有效控制，确保能够利用旋转整流器换相过程，在电机静止情况下进行励磁机定子参数估算。

38、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，其特征在于：步骤3中，根据公式

3.根据权利要求1所述一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，其特征在于：所述方波电压的占空比为1％-3％。

4.根据权利要求1所述一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，其特征在于：步骤2.2中，低通滤波的截至频率为2hz-5hz。

5.根据权利要求1所述一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，其特征在于：每次进入旋转整流器导通区间时进行参数估算，在换相区间不进行参数估算，参数在换相区间保持不变，等待进入旋转整流器导通区间时再次进行参数估算。

6.一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算装置，其特征在于：包括旋转整流器的换相状态确定模块和励磁机定子参数估算模块；

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1～5任一所述方法。

8.一种计算机系统，包括：一个或多个处理器，权利要求7所述计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现权利要求1～5任一所述方法。

技术总结
本发明提出一种基于改变旋转整流器换相状态的多级式无刷同步电机励磁机定子参数估算方法，通过在励磁机定子侧施加频率为f<subgt;es</subgt;的三相对称电压u<subgt;esA</subgt;，u<subgt;esB</subgt;，u<subgt;esC</subgt;，以及在三相对称电压u<subgt;esA</subgt;，u<subgt;esB</subgt;，u<subgt;esC</subgt;的基础上注入方波电压u<subgt;esA_inj</subgt;，u<subgt;esB_inj</subgt;，u<subgt;esC_inj</subgt;，改变旋转整流器换相状态，确定旋转整流器的导通区间和换相区间，实现对旋转整流器换相过程的有效控制，确保能够利用旋转整流器换相过程，在电机静止情况下进行励磁机定子参数估算。

技术研发人员：毛帅,马崇钊,王璐,刘卫国
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15