CN107482978B - 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法 - Google Patents

一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107482978B
CN107482978B CN201710720891.1A CN201710720891A CN107482978B CN 107482978 B CN107482978 B CN 107482978B CN 201710720891 A CN201710720891 A CN 201710720891A CN 107482978 B CN107482978 B CN 107482978B
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous motor
permanent magnet
parameter
magnet synchronous
identification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710720891.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107482978A (zh
Inventor
沈传文
邱东
唐千龙
杨文�
张立宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201710720891.1A priority Critical patent/CN107482978B/zh
Publication of CN107482978A publication Critical patent/CN107482978A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107482978B publication Critical patent/CN107482978B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/16—Estimation of constants, e.g. the rotor time constant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/07—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/11—Sinusoidal waveform

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

为实现永磁同步电机的定子电阻、电感和转子磁链等参数的在线辨识，本发明公开了一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法，通过d轴电流注入法使参数辨识方程组满秩，通过有限时间参数辨识算法实现永磁同步电机的多参数在线辨识；本发明所设计永磁同步电机在线参数辨识方法既可用于内嵌式永磁同步电机，又可用于表贴式永磁同步电机；本发明可在有限时间内实现永磁同步电机的在线参数辨识，且辨识时间与采样频率无关，因此可在较低采样频率下以较少的迭代运算量达到和较高采样频率和较多迭代运算量时同样的辨识效果。

Description

一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)因为具有体积小、结构简单、效率高、高功率/转矩密度等特点而得到了越来越广泛的应用。而由于在永磁同步电机的控制***中，控制器的参数往往需要电机参数来辅助设计(如无速度传感器控制、矢量控制最优控制器参数设计等)，故控制性能的好坏在一定程度上取决于电机参数的准确程度。但是永磁同步电机的定子电阻、定子电感、转子磁链幅值等参数会随着温度、负载和磁饱和程度的变化而产生变化，如果在不同运行状态下均按照电机标称参数设计控制器，则很难保证电机的控制性能。因此，为在电机正常运行过程中根据电机参数的变化在线调整控制器参数、优化电机控制性能，电机的在线参数辨识方法得到了大量研究。
发明内容
为在线辨识永磁同步电机的定子电阻、电感和转子磁链等参数，本发明的目的在于提出一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法，通过d轴电流注入法使参数辨识方程组满秩，通过有限时间参数辨识算法实现永磁同步电机的多参数在线辨识；具体方法包括如下步骤：
步骤一：令永磁同步电机工作在id＝0的矢量控制条件下
永磁同步电机在d‐q轴坐标系下的电压方程为：
式中ud、uq分别为定子电压的d、q轴分量；id、iq分别为定子电流的d、q轴分量；R为定子电阻；Ld、Lq分别为d、q轴定子电感；ωe为电角速度；ψf为转子磁链幅值；
采用矢量控制方法能够实现励磁和转矩的解耦控制，使永磁同步电机具有类似直流电机的控制性能；采用id＝0的控制策略，对表贴式永磁同步电机而言，能够实现最大转矩电流比控制，减小电机损耗；对内嵌式永磁同步电机而言，虽然不能有效利用其磁阻转矩，却有利于通过d轴电流注入法实现参数辨识；
步骤二：通过d轴电流注入法增加电压方程阶数
由式(1)可知，永磁同步电机电压方程有两个，而待辨识的参数有四个，方程组不满秩，无法直接辨识出所有参数；故采用d轴电流注入法(正弦电流或阶跃电流)来增加方程的阶数，以避免待辨识参数收敛到局部最优解；采用d轴电流注入法后永磁同步电机在采样时刻k1和k2的电压方程表示为
式中，当采用正弦电流注入法时k1和k2分别表示在d轴注入正弦电流后的不同时刻；当采用阶跃电流注入法时k1和k2分别表示注入前的某一时刻和注入后的某一时刻；
若电机为表贴式永磁同步电机，则定子电感满足Ld＝Lq＝Ls，待辨识的参数变为三个，方程(2)则变为
利用方程(2)或方程(3)，通过采样电机运行过程中的d‐q轴电压、d‐q轴电流和电机转速，就能够实现永磁同步电机的多参数同时辨识。
步骤三：采用有限时间参数辨识算法辨识永磁同步电机参数
对如式(4)所示的输出向量为y，系数矩阵为ΓT，***参数为θ的***，所设计的有限时间参数辨识算法如式(5)所示
y＝ΓTθ (4)
式(4)中，yT＝[ud(k1)uq(k1)ud(k2)uq(k2)]，当电机为内嵌式永磁同步电机时，
当电机为表贴式永磁同步电机时，
式(5)中，且|·|γ和sign(·)均表示对向量的各分量作标量运算，γ∈[0,1)；K为对称正定方阵；Ts为采样时间间隔；和分别为参数θ的第k‐1和第k次辨识结果，Γ(k)T和y(k)分别为由第k组采样结果得到的系数矩阵ΓT和输出向量y；
利用采样的电机电压、电流和转速数据(由于逆变器输出电压为脉宽调制电压，采样较难，可用控制器输出给定电压近似实际电机电压)，通过如式(5)计算，就能够实现永磁同步电机参数的在线辨识。
本发明具有的特点如下：
1)本发明所设计永磁同步电机在线参数辨识方法既可用于内嵌式永磁同步电机，又可用于表贴式永磁同步电机。
2)本发明可在有限时间内实现永磁同步电机的在线参数辨识，且辨识时间与采样频率无关，因此可在较低采样频率下以较少的迭代运算量达到和较高采样频率和较多迭代运算量时同样的辨识效果。
附图说明
图1为矢量控制下永磁同步电机在线参数辨识***结构图。
图2为永磁同步电机在线参数辨识程序流程图，其中：图2a为阶跃电流注入时参数辨识流程图，图2b为正弦电流注入时参数辨识流程图。
图3为阶跃电流注入时永磁同步电机参数辨识仿真结果(采样频率：500Hz)，其中：图3a为定子电阻辨识结果，图3b为d轴电感辨识结果，图3c为q轴电感辨识结果，图3d为转子磁链辨识结果。
图4为阶跃电流注入时永磁同步电机参数辨识仿真结果(采样频率：250Hz)，其中：图4a为定子电阻辨识结果，图4b为d轴电感辨识结果，图4c为q轴电感辨识结果，图4d为转子磁链辨识结果。
图5为正弦电流注入时永磁同步电机参数辨识仿真结果(采样频率：500Hz)，其中：图5a为定子电阻辨识结果，图5b为d轴电感辨识结果，图5c为q轴电感辨识结果，图5d为转子磁链辨识结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
根据以上对基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法的详细介绍，以下以对一台参数如表1所示的内嵌式永磁同步电机进行在线参数辨识为例说明本发明的具体实施方式。
表1仿真所采用永磁同步电机参数
参数 数值
极对数 4
定子电阻 2.35Ω
d轴电感 10.0mH
q轴电感 13.4mH
转子磁链 0.13Wb
按照图1所示***结构图在MATLAB/SIMULINK仿真软件上搭建永磁同步电机矢量控制与在线参数辨识仿真模型，当采用阶跃电流注入法时，按照图2a所示的阶跃电流注入时参数辨识流程图设计仿真过程：
首先使永磁同步电机工作于id＝0的条件下，采样并保存电机的d‐q轴电压、d‐q轴电流和角速度等数据。
接下来，令d轴注入电流iin＝-1A；采样电机d‐q轴电压、d‐q轴电流和角速度，并结合id＝0时保存的数据，就可以调用如式(5)所示的有限时间参数辨识算法对永磁同步电机进行参数辨识。
在参数辨识结果达到收敛条件后，就可以存储参数辨识结果，结束d轴电流注入，使电机继续在id＝0的条件下运行。
仿真中所设置的迭代收敛条件为ε＝0.01％，即当各参数的辨识结果变化率都小于0.01％时认为参数辨识结果已收敛；所选择的矩阵K和参数γ分别为
当采样频率为500Hz时的参数辨识结果如图3所示。以0为初始值，迭代267次也就是0.534s后各参数辨识结果就已收敛。定子电阻、d‐q轴电感和转子磁链的辨识结果分别为2.343Ω，11.31mH，13.4mH，0.128Wb；辨识结果的相对误差分别为0.3％，13.1％，0％，1.5％。
当采样频率为250Hz时的参数辨识结果如图4所示。以0为初始值，迭代134次也就是0.536s后各参数辨识结果就已收敛。定子电阻、d‐q轴电感和转子磁链的辨识结果分别为2.34Ω，9.86mH，13.26mH，0.128Wb；辨识结果的相对误差分别为0.4％，1.4％，1％，1.5％。
比较图3和图4中的参数辨识结果可以发现，在不同的采样频率下，本发明均可以在几乎相同的时间内使参数辨识结果收敛，且具有较高的参数辨识精度。因此，应用本发明可以在较低采样频率下以较少的迭代运算量在有限时间内实现永磁同步电机的在线参数辨识。
当采用正弦电流注入法时，按照图2b所示的正弦电流注入时参数辨识流程图设计仿真过程：
首先使永磁同步电机工作于id＝0的条件下。
接下来，令d轴注入电流iin＝0.5sin(20π)A；采样电机d‐q轴电压、d‐q轴电流和角速度，就可以调用如式(5)所示的有限时间参数辨识算法对永磁同步电机进行参数辨识。
在参数辨识结果达到收敛条件后，就可以存储参数辨识结果，结束d轴电流注入，使电机继续在id＝0的条件下运行。
仿真中所设置的迭代收敛条件为ε、所选择的矩阵K和参数γ均与采用阶跃电流法进行参数辨识时相同。
当采样频率为500Hz时的参数辨识结果如图5所示。以0为初始值，迭代259次也就是0.518s后各参数辨识结果就已收敛。定子电阻、d‐q轴电感和转子磁链的辨识结果分别为2.336Ω，11.29mH，13.31mH，0.128Wb；辨识结果的相对误差分别为0.6％，12.9％，0.67％，1.5％。
比较图5和图3中的参数辨识结果可以发现，无论是采用阶跃电流注入法还是正弦电流注入法，本发明均可以在有限时间内使参数辨识结果收敛，且具有较高的参数辨识精度。

Claims (1)

1.一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法，其特征在于：通过d轴电流注入法使参数辨识方程组满秩，通过有限时间参数辨识算法实现永磁同步电机的多参数在线辨识；具体方法包括如下步骤：
步骤一：令永磁同步电机工作在id＝0的矢量控制条件下
永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电压方程为：
式中ud、uq分别为定子电压的d、q轴分量；id、iq分别为定子电流的d、q轴分量；R为定子电阻；Ld、Lq分别为d、q轴定子电感；ωe为电角速度；ψf为转子磁链幅值；
采用矢量控制方法能够实现励磁和转矩的解耦控制，使永磁同步电机具有类似直流电机的控制性能；采用id＝0的控制策略，对表贴式永磁同步电机而言，能够实现最大转矩电流比控制，减小电机损耗；对内嵌式永磁同步电机而言，虽然不能有效利用其磁阻转矩，却有利于通过d轴电流注入法实现参数辨识；
步骤二：通过d轴电流注入法增加电压方程阶数
由式(1)可知，永磁同步电机电压方程有两个，而待辨识的参数有四个，方程组不满秩，无法直接辨识出所有参数；故采用d轴电流注入法来增加方程的阶数，以避免待辨识参数收敛到局部最优解；采用d轴电流注入法后永磁同步电机在采样时刻k1和k2的电压方程表示为
式中，当采用正弦电流注入法时k1和k2分别表示在d轴注入正弦电流后的不同时刻；当采用阶跃电流注入法时k1和k2分别表示注入前的某一时刻和注入后的某一时刻；
若电机为表贴式永磁同步电机，则定子电感满足Ld＝Lq＝Ls，待辨识的参数变为三个，方程(2)则变为
利用方程(2)或方程(3)，通过采样电机运行过程中的d-q轴电压、d-q轴电流和电机转速，就能够实现永磁同步电机的多参数同时辨识；
步骤三：采用有限时间参数辨识算法辨识永磁同步电机参数
对如式(4)所示的输出向量为y，系数矩阵为ΓT，***参数为θ的***，所设计的有限时间参数辨识算法如式(5)所示
y＝ΓTθ (4)
式(4)中，yT＝[ud(k1) uq(k1) ud(k2) uq(k2)]，当电机为内嵌式永磁同步电机时，
当电机为表贴式永磁同步电机时，
式(5)中，且|·|γ和sign(·)均表示对向量的各分量作标量运算，γ∈[0,1)；K为对称正定方阵；Ts为采样时间间隔；和分别为参数θ的第k-1和第k次辨识结果，Γ(k)T和y(k)分别为由第k组采样结果得到的系数矩阵ΓT和输出向量y；
利用采样的电机电压、电流和转速数据，通过如式(5)计算，就能够实现永磁同步电机参数的在线辨识。
CN201710720891.1A 2017-08-21 2017-08-21 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法 Expired - Fee Related CN107482978B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710720891.1A CN107482978B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710720891.1A CN107482978B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107482978A CN107482978A (zh) 2017-12-15
CN107482978B true CN107482978B (zh) 2019-12-03

Family

ID=60601241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710720891.1A Expired - Fee Related CN107482978B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107482978B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111030534B (zh) * 2019-12-20 2021-07-13 东南大学 一种永磁同步电机稳态运行方式下的参数辨识方法
CN111641362B (zh) * 2020-05-07 2022-04-05 浙江工业大学 一种双脉冲高频方波电压注入永磁同步电机电感快速辨识方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714480A (zh) * 2011-03-30 2012-10-03 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种同步电机电感参数辨识方法及其实现***
CN103248306A (zh) * 2013-05-24 2013-08-14 天津大学 永磁同步电机多参数解耦在线辨识方法
EP2693628A1 (en) * 2011-03-30 2014-02-05 Shenzhen Invt Electric Co., Ltd. Method for identifying inductance parameters of synchronous electric machine and realization system thereof
CN104360596A (zh) * 2014-10-13 2015-02-18 浙江工业大学 机电伺服***有限时间摩擦参数辨识和自适应滑模控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714480A (zh) * 2011-03-30 2012-10-03 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种同步电机电感参数辨识方法及其实现***
EP2693628A1 (en) * 2011-03-30 2014-02-05 Shenzhen Invt Electric Co., Ltd. Method for identifying inductance parameters of synchronous electric machine and realization system thereof
CN103248306A (zh) * 2013-05-24 2013-08-14 天津大学 永磁同步电机多参数解耦在线辨识方法
CN104360596A (zh) * 2014-10-13 2015-02-18 浙江工业大学 机电伺服***有限时间摩擦参数辨识和自适应滑模控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《永磁同步电机参数辨识研究综述》;李红梅等;《电子测量与仪器学报》;20150531;第29卷(第5期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107482978A (zh) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107645259A (zh) 一种电动汽车用驱动电机转矩闭环控制方法
Li et al. Induction motor control system based on FOC algorithm
CN107302330B (zh) 一种表贴式永磁同步电机最小损耗控制方法
CN108521242A (zh) 一种永磁同步电机通用控制***及其控制方法
Cheng et al. Sensorless DPCC of PMLSM using SOGI-PLL-based high-order SMO with cogging force feedforward compensation
CN107482982A (zh) 一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法
Li et al. Design and experimental evaluation of a 12 kw large synchronous reluctance motor and control system for elevator traction
CN108988726A (zh) 一种永磁同步电机的mtpa控制方法
Liu et al. Second-order ESO-based current sensor fault-tolerant strategy for sensorless control of PMSM with B-phase current
CN107482978B (zh) 一种基于有限时间算法的永磁同步电机在线参数辨识方法
CN111585488B (zh) 一种永磁电机无速度传感器控制方法及***
Ding et al. Predictive current control for permanent magnet synchronous motor based on MRAS parameter identification
Xu et al. System-level efficiency optimization of a linear induction motor drive system
Zhang et al. Speed sensorless control of hybrid excitation axial field flux-switching permanent-magnet machine based on model reference adaptive system
CN113422550B (zh) 基于复矢量解耦及延时补偿的高速电机低载波比控制方法
Prystupa et al. Generalized high-frequency injection framework for sensorless control of synchronous reluctance machines
Li et al. Third-harmonic current injection control of five-phase permanent-magnet synchronous motor based on Third-harmonic current reference online identification
CN107017807B (zh) 一种定子永磁型记忆电机转矩脉动抑制方法
CN108092574B (zh) 基于能量平衡的电动汽车用永磁同步电机控制***及方法
CN113131829B (zh) 五相感应电机谐波损耗抑制效率优化控制方法及控制***
Shao et al. Parameter identification of permanent magnet synchronous motor based on multi-innovation least square method
CN111555687B (zh) 一种用于永磁同步电机交直轴解耦的控制方法及装置
CN114244216A (zh) 一种永磁同步电机参数辨识方法、装置及***
Jin et al. Permanent magnet synchronous motor parameter identification with multi-innovation least squares
Zhang et al. Demagnetization faults robust detection method based on an adaptive sliding mode observer for pmsm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191203