CN104753431B - 永磁同步电机电感参数检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机电感参数检测方法及***。该方法包括：确定电机转子位置角度；向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；等时间间隔采样所述A相电流，得到N组α相电流数据；利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线；利用所述α相电流曲线，计算得到与所述α相电流曲线对应的电感曲线，以确定电感参数。以上技术方案实现了一次性将d轴或q轴电流曲线以及相对应得d轴或q轴电感曲线检测出来。相比于直流衰减法而言，考虑了电机磁饱和的影响，提高了电感参数准确度，相比于交流电压注入法而言，减少了检测次数，提高了工作效率。

Description

永磁同步电机电感参数检测方法及***

技术领域

本申请涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机电感参数检测方法及***。

背景技术

当今，为了能够更好地控制永磁同步电机(以下简称电机)，需要在对其进行控制之前，检测并确定电机的电感参数，其中，电感参数包括直轴(d轴)电感参数和交轴(q轴)电感参数。

在现有技术中，常用以下两种方法检测电感参数：第一种是直流衰减法，利用电枢绕组中达到稳定直流电流而失去激励电压经电阻衰减到零的过渡过程来确定电感参数；第二种是在绕组上注入交流电压的交流电压注入法。然而，在第一种方法中，由于磁饱和性的影响，电机的饱和程度是不断变化的，易造成得到的饱和参数准确度低，进而导致依据该饱和参数计算得到的电感参数准确度低；在第二种方法中，同样存在磁饱和性影响，如需消除磁饱和性影响，得进行多次测量，工作量大，效率低。

申请内容

有鉴于此，本申请提供了一种永磁同步电机电感参数检测方法及***，以解决现有技术中直流衰减法未考虑磁饱和性影响，导致电感参数准确度低；交流电压注入法需要进行多次测量才能消除磁饱和性影响，工作效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种永磁同步电机电感参数检测方法，包括：

确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

利用所述α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

上述方法中，优选的，确定电机转子位置角度θ_r为0或-π/2，包括：

设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，以使θ_r＝0；或者，

设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，以使θ_r＝-π/2。

上述方法中，优选的，利用逆变器电流采样电路采样所述A相电流。

上述方法中，优选的，采用最小二乘法的多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。

上述方法中，优选的，采用最小二乘法的3次多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。

本申请还提供了一种永磁同步电机电感参数检测***，包括：

电机转子位置确定单元，用于确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

电流幅值控制单元，用于向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

采样单元，用于等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

拟合单元，用于利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

电感参数确定单元，用于利用所述α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

上述***中，优选的，所述电机转子位置确定单元包括：

第一转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，以使θ_r＝0；或者，

第二转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，以使θ_r＝-π/2。

以上本申请提供的永磁同步电机电感参数检测方法及***中，针对θ_r＝0和θ_r＝-π/2两种情况，分别通过向电机绕组注入高频电压脉冲，使电机处于磁饱和状态，在这样的状态下，针对定子电流的A相电流，经过采样、拟合得到α相电流曲线i_α(t)，进而得到与i_α(t)对应的电感曲线，以此实现了一次性将d轴或q轴电流曲线以及相对应得d轴或q轴电感曲线检测出来。相比于直流衰减法而言，考虑了电机磁饱和的影响，提高了电感参数准确度，相比于交流电压注入法而言，减少了检测次数，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的零状态响应图；

图2为本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的流程图；

图3为本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的A相电压坐标示意图；

图4为本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的B相电压坐标示意图；

图5为本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的C相电压坐标示意图；

图6为本申请一种永磁同步电机电感参数检测***实施例1的结构框图示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的核心是提供一种永磁同步电机电感参数检测方法及***，以解决现有技术中直流衰减法未考虑磁饱和性影响，导致电感参数准确度低；交流电压注入法需要进行多次测量才能消除磁饱和性影响，工作效率低的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

首先，介绍一下永磁同步电机数学模型：

永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程可写为：

将电压方程写成矩阵形式，则有

v_sαβ＝R_si_sαβ+pψ_sαβ (2)

其中v_sαβ＝[v_sα v_sβ]^T为定子电压矩阵，i_sαβ＝[i_sα i_sβ]^T为定子电流矩阵，ψ_sαβ＝[ψ_sαψ_sβ]^T为定子磁链矩阵，R_s为定子相电阻。

且永磁同步电机的磁链方程为

ψ_sαβ＝L_sαβi_sαβ+ψ_sαβm (3)

其中

式中θ_r为电机转子位置角，ψ_f为转子永磁磁链幅值，且有

令θ_r＝0时电感矩阵可写为

电压方程可写为

同时令时电感矩阵可写为

电压方程可写为

参考图1，示出了本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的零状态响应图，由电机的RL电路的零状态电流响应可见，在电流上升的初段，可以认为电流较小时，电流上升率是线性的且可以忽略电阻的影响。

在θ_r＝0时，忽略掉电阻的影响，对于α轴而言，

由上式可见当可知在恒定电压矢量下在电流上升初期能够得到电流i_sα(t)的曲线，即可获得电感L_d(t)的曲线，该电感是与电流大小一一对应，当电流较大使得电感饱和时，电感值的变化亦同样反映在L_d(t)的曲线中。

参考图2，示出了本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1的流程图，该方法具体可以包括如下步骤：

步骤S200、确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

本申请中，可以通过设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，使得θ_r＝0；通过设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，使得θ_r＝-π/2。

步骤S201、向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

当短时以最大电压向电机绕组注入高频电压脉冲时，一般在额定电流情况下，电流曲线均处于线性区。

步骤S202、等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

本申请中，利用逆变器电流采样电路采样A相电流。

当θ_r＝0时A相的正向与直轴正向方向相同，负向与直轴负向方向相同，对于直轴而言，永磁同步电机的电流的运行工作点在直轴负向，因此仅考虑直轴A相负向的电流。

具体地，举个例子，首先发送矢量U1，作用时间为T，然后发送U4矢量，作用时间为2T，发送矢量U1，作用时间为T，形成A相电压脉冲。当N＝10时，向电机绕组注入的A相电压脉冲、得到A相电流的响应及采样情况如图3所示。同时，向电机绕组注入的B相电压脉冲、C相电压脉冲分别如图4、图5所示。

在图3中，i_A为A相电流，U_A为A相电压，t为时间；

在图4中，U_B为B相电压，t为时间；

在图5中，U_C为C相电压，t为时间。

步骤S203、利用所述N组α相电流数据i_α[i]，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

本申请中，采用最小二乘法的多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。具体地，考虑到电流曲线i_α(t)的实际情况，我们可以采用最小二乘法的3次多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。

步骤S204、利用α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

理论上，可以通过以下两个式子得到电感值：

然而在工程应用时由于AD采样的零飘及采样精度等非线性因素的影响，必然导致不连续且波动较大，从而影响整个电感计算波动量大，电感误差大。因此需要采取措施得到连续且更为准确的电流对时间的导数值。

为了消除零飘及采样精度误差等非线性因素，本申请重点采用曲线拟合的方式，利用N组α相电流数据i_α[i]，拟合得到α相电流曲线i_α(t)，进而得到与i_α(t)对应的电感曲线。

以上本申请提供的永磁同步电机电感参数检测方法及***中，针对θ_r＝0和θ_r＝-π/2两种情况，分别通过向电机绕组注入高频电压脉冲，使电机处于磁饱和状态，在这样的状态下，针对定子电流的A相电流，经过采样、拟合得到α相电流曲线i_α(t)，进而得到与i_α(t)对应的电感曲线，以此实现了一次性将d轴或q轴电流曲线以及相对应得d轴或q轴电感曲线检测出来。相比于直流衰减法而言，考虑了电机磁饱和的影响，提高了电感参数准确度，相比于交流电压注入法而言，减少了检测次数，提高了工作效率。

基于上述本申请实施例1提供的永磁同步电机电感参数检测方法，为了方便本领域技术人员理解本申请的技术方案，本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例2，针对利用所述N组α相电流数据i_α[i]，采用最小二乘法的3次多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)，举个例子：

数据拟合就是寻求与给定点(x_j,y_j)(j＝0,1,…,M)的距离平方和为最小的曲线y＝p(x)。在本发明中就是寻求与采样的N组α相电流数据i_α[i]距离平方和最小的曲线i_α＝p(t)。分析直轴电感在饱和情况下的曲线形状，可选用3次多项式作为电流曲线的预设形状。同时为了减少在线拟合时的数据量，预设x＝{-5-4-3-2-1012345}作为时间轴数据，其中Δx＝1，通过AD采样得到的电流数组为i_α＝{i_α[0]，i_α[1]，i_α[2]，i_α[3]，i_α[4]，i_α[5]，i_α[6]，i_α[7]，i_α[8]，i_α[9]，i_α[10]}。通过采用最小二乘法的多项式拟合方法可以得到i_α与x的关系式如式所示。

i_α＝ax³+bx²+cx+d x＝{-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5} (15)

从而可得i_α相对于x的导数有

又因为

因此有

从而可得：

同理，令用同样的方法可以得到：

最后，将x的值分别带入式(19)、(20)即能得到d轴电感、q轴电感。

与上述本申请一种永磁同步电机电感参数检测方法实施例1相对应，本申请还提供了一种永磁同步电机电感参数检测***实施例1，参考图6，该***600可以包括如下内容：

电机转子位置确定单元601，用于确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

电流幅值控制单元602，用于向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

采样单元603，用于等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

拟合单元604，用于利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

电感参数确定单元605，用于利用所述α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

本申请中，所述电机转子位置确定单元601可以包括：

第一转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，以使θ_r＝0；或者，

第二转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，以使θ_r＝-π/2。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于***类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本申请所提供的永磁同步电机电感参数检测方法及***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机电感参数检测方法，其特征在于，包括：

确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

利用所述α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定电机转子位置角度θ_r为0或-π/2，包括：

设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，以使θ_r＝0；或者，

设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，以使θ_r＝-π/2。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用逆变器电流采样电路采样所述A相电流。

4.如权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，采用最小二乘法的多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用最小二乘法的3次多项式拟合方法拟合得到所述α相电流曲线i_α(t)。

6.一种永磁同步电机电感参数检测***，其特征在于，包括：

电机转子位置确定单元，用于确定电机转子位置角度θ_r＝0或θ_r＝-π/2；

电流幅值控制单元，用于向电机绕组注入高频电压脉冲，控制定子电流的A相电流的幅值为预设额定幅值，以使电机处于磁饱和状态；

采样单元，用于等时间间隔Δt采样所述A相电流，得到N组α相电流数据i_α[i]，其中，i＝0,1,2,…,N-1；

拟合单元，用于利用所述N组α相电流数据，拟合得到α相电流曲线i_α(t)；

电感参数确定单元，用于利用所述α相电流曲线i_α(t)，计算得到与所述α相电流曲线i_α(t)对应的电感曲线，以确定电感参数；

其中，当θ_r＝0时，计算得到d轴电感参数；当θ_r＝-π/2时，计算得到q轴电感参数。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述电机转子位置确定单元包括：

第一转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为第一额定电流I_rated，设置β轴电流为0，以使θ_r＝0；或者，

第二转子位置确定子单元，用于设置α轴电流为0，设置β轴电流为第二额定电流-I_rated，以使θ_r＝-π/2。