CN108258962B

CN108258962B - 一种永磁电机电感参数辨识方法及***

Info

Publication number: CN108258962B
Application number: CN201810131429.2A
Authority: CN
Inventors: 刘雪冰; 李文杰; 何俊; 张茂飞; 李�杰; 叶昌森
Original assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Current assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: CN108258962A

Abstract

本发明实施例提供一种永磁电机电感参数辨识方法及***，涉及电机控制技术领域，该电感参数辨识方法包括：待测试的永磁电机以设定转速空载旋转，计算所述永磁电机在空载状态下的永磁磁链Ψ_f0；根据所述永磁磁链Ψ_f0，计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1；计算所述永磁电机在仅施加交轴电流i_q′时的交轴电感L_q2。本发明实施例提供的参数辨识方法及***，分别对永磁电机进行空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制，并基于电感参数的定义进行直轴电感和交轴电感的辨识，并不涉及永磁电机的定子电阻这一物理量，因此可以较为准确的获得永磁电机的电感参数。

Description

一种永磁电机电感参数辨识方法及***

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁电机电感参数辨识方法及***。

背景技术

永磁电机具有功耗低、效率高、调速范围宽的优点，被广泛应用于电动汽车领域，一般多采用矢量控制方式对永磁电机进行控制。然而，在对永磁电机进行矢量控制时，交直轴存在交叉耦合分量，当永磁电机的运行工况发生变化时，往往会因为该交叉耦合分量的存在而使得永磁电机的直轴电流和交轴电流相互作用，从而影响电机的动态性能。为避免该影响，通常会对永磁电机进行解耦控制，而常用解耦方法一般都依赖于永磁电机的电感参数，因此对永磁电机的电感参数进行辨识尤为重要。

对永磁电机进行解耦控制时，所需的电感参数包括直轴电感L_d和交轴电感L_q，现有技术中，提供了一种基于脉冲电压冲击法的永磁电机电感参数辨识方案。具体的，依次向永磁电机施加直轴脉冲电压和交轴脉冲电压，且直轴脉冲电压和交轴脉冲电压为预设固定值，以及分别对直轴反馈电流i_d和交轴反馈电流i_q进行采样处理，并按照直轴电感计算公式

和交轴电感计算公式

反算出直轴电感L_d和交轴电感L_q。

由上述交直轴电感的计算公式可以看出，电感参数的获取依赖于永磁电机的定子电阻R_s，可见定子电阻R_s的精度会直接影响电感参数的辨识精度；另外，所施加的固定脉冲电压的幅值不易选取，电压幅值过大容易造成过流、电压幅值过小电流过小，而电压幅值难以检测。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种永磁电机电感参数辨识方法及***，以提高电感参数的辨识精度。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种永磁电机电感参数辨识方法，所述方法包括：

待测试的永磁电机以设定转速空载旋转，计算所述永磁电机在空载状态下的永磁磁链Ψ_f0；

根据所述永磁磁链Ψ_f0，计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1；

计算所述永磁电机在仅施加交轴电流i_q′时的交轴电感L_q2。

优选的，所述设定转速为所述永磁电机额定转速的0.6～1倍，且所述永磁电机以所述设定转速旋转时所产生的空载状态下的反电动势小于0.45～0.5倍的U_dc，其中，U_dc为直流母线电压值。

优选的，所述电感参数辨识方法还包括：

采集所述永磁电机当前的直轴电流i_d1或交轴电流i_q2；

按照预设的电流变换规则，生成所述直轴电流i_d1对应的直轴反馈电流i_d1-fb或与所述交轴电流i_q2对应的交轴反馈电流i_q2-fb；

分别利用所述直轴反馈电流i_d1-fb或所述交轴反馈电流i_q2-fb对所施加的直轴电流i_d′或交轴电流i_q′进行闭环反馈调节。

优选的，所述电感参数辨识方法还包括：

计算在仅施加交轴电流i_q′状态下的直轴输出电压U_d2和交轴输出电压U_q2；

利用所述交轴输出电压U_d2和所述直轴输出电压U_q2，生成所述永磁电机的相电压U_dq；

判断U_dq*数值是否处于0.88～0.92范围内，或判断所述相电压U_dq是否为0.88～0.92倍的

如果是，则判定所述永磁电机的交轴电感参数辨识完成，其中，U_dq*为相电压U_dq的标幺值表示。

优选的，所述根据所述永磁磁链Ψ_f0，计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1，包括：

按照以下表达式，计算直轴电感L_d1：

或，

其中，U_q1为在仅施加直轴电流i_d′时的交轴输出电压；U_q1*为交轴输出电压U_q1的标幺值表示；U_dc为直流母线电压值；i_d1-LPF为对直轴反馈电流i_d1-fb进行低通滤波处理后获得的滤波电流；Ψ_f0为在空载状态下的永磁磁链；ω_e1为在仅施加直轴电流i_d′时所述永磁电机的当前频率；n_ref为设定转速，p为所述永磁电机的极对数。

优选的，所述计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1，包括：

按照以下表达式计算交轴电感L_q2：

或，

其中，U_d2为在仅施加交轴电流i_q′时的直轴输出电压；U_d2*为直轴输出电压U_d2的标幺值表示；U_dc为直流母线电压值；i_q2-LPF为对交轴反馈电流i_q2-fb进行低通滤波处理后获得的滤波电流；ω_e2为在仅施加交轴电流i_q′时所述永磁电机的当前频率；n_ref为设定转速，p为所述永磁电机的极对数。

优选的，所施加的直轴电流i_d′为所述永磁电机所允许通过的最大电流的M倍，其中，M≤0.7。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种永磁电机电感参数辨识***，所述电感参数辨识***包括：永磁电机、电流调节模块、电流反馈模块和处理器；其中，

所述电流调节模块，用于向所述永磁电机施加直轴电流或交轴电流，以使得所述永磁电机运行于空载状态、仅施加直轴电流状态或交轴电流状态，以及输出所运行状态下的直轴输出电压或交轴输出电压；

所述电流反馈模块，用于实时采集所述永磁电机的直轴电流或交轴电流，生成所述直轴电流对应的直轴反馈电流或与所述交轴电流对应的交轴反馈电流，以实现对所施加的直轴电流或交轴电流的闭环反馈调节；

所述处理器，用于根据所述电流调节模块输出的直轴输出电压或交轴输出电压、以及所述电流反馈模块所生成的直轴反馈电流或交轴反馈电流，辨识所述永磁电机的电感参数。

优选的，所述电感参数辨识***还包括滤波模块；其中，

所述滤波模块，用于对所述直轴反馈电流或所述交轴反馈电流进行滤波处理，并得到滤波电流；

所述电流反馈模块，还用于将生成的所述直轴反馈电流或所述交轴反馈电流注入所述滤波模块。

优选的，所述电感参数识别***还包括调制模块，用于对所施加的直轴电流或交轴电流进行电压变换、调制发波和逆变处理。

本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识方法及***，可以在特定转速范围下，按照永磁电机矢量控制中的反馈解耦原理，分别对永磁电机进行空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制，并基于电感参数的定义进行直轴电感和交轴电感的辨识，并不涉及永磁电机的定子电阻这一物理量，因此可以较为准确的获得永磁电机的电感参数；且在辨识电感参数过程中对永磁电机的电流进行闭环控制，能够避免造成电流过大或过小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种永磁电机电感参数辨识方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识***的结构示意图。

附图中标号：

10、永磁电机

20、电流调节模块

30、电流反馈模块

40、处理器

50、滤波模块

60、调制模块

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了提高永磁电机电感参数的辨识精度，本发明实施例提供了一种永磁电机电感参数辨识方法及***。

下面首先对本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识方法进行详细介绍。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种永磁电机的电感参数辨识方法，所述方法可以包括：

S101：待测试的永磁电机以设定转速空载旋转，计算所述永磁电机在空载状态下的永磁磁链Ψ_f0。

需要说明的是，这里提及的永磁电机的“空载状态”，是指所施加的直轴电流i_d′和交轴电流i_q′均为0的状态，也就是未施加直轴电流和i_d′和交轴电流i_q′的状态。

实际应用中，该永磁电机可以与原动机同轴连接，通过与该原动机具有电气控制关系的原动机控制器来控制该原动机的转速，进而该永磁电机可以获得与该原动机相同的转速，即设定转速。

需要说明的是，上述提及的“永磁电机额定转速的0.6～1倍”仅为设定转速的较佳范围，并不应该构成对本发明实施例的限定，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。

具体的，可以按照以下表达式计算永磁磁链Ψ_f0：

其中，U_q0为在空载状态下的交轴输出电压；U_dc为直流母线电压值；ω_e0为在空载状态下所述永磁电机的当前频率；n_ref为设定转速，p为所述永磁电机的极对数。

可以看出，上述计算永磁磁链Ψ_f0的表达式中，并不涉及永磁电机的定子电阻R_s，因此有利于提高后续辨识永磁电机电感参数的精度。

S102：根据所述永磁磁链Ψ_f0，计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1。

需要说明的是，这里提及的永磁电机的“仅施加直轴电流i_d′”，是指所施加的直轴电流i_d′非0而交轴电流i_q′为0的状态。

优选的，所述根据所述永磁磁链Ψ_f0，计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1，可以包括：

需要说明的是，考虑到电气控制过程中的实际单位制式和标幺值单位制式的区别，本发明实施例给出了两种单位制式下直轴电感L_d1的计算表达式，具体的，可以按照以下表达式(1)或(2)计算直轴电感L_d1：

或，

显然，上述计算直轴电感L_d1的表达式中，并不涉及永磁电机的定子电阻R_s，因此提高了辨识永磁电机的直流电感的精度。

S103：计算所述永磁电机在仅施加交轴电流i_q′时的交轴电感L_q2。

需要说明的是，这里提及的永磁电机的“仅施加交轴电流i_q′”，是指所施加的直轴电流i_d′为0而交轴电流i_q′非0的状态。

优选的，所述计算所述永磁电机在仅施加直轴电流i_d′时的直轴电感L_d1，可以包括：

需要说明的是，考虑到电气控制过程中的实际单位制式和标幺值单位制式的区别，本发明实施例给出了两种单位制式下交轴电感L_q2的计算表达式，具体的，可以按照以下表达式(3)或(4)按照以下表达式计算交轴电感L_q2：

或，

显然，上述计算直轴电感L_q2的表达式中，并不涉及永磁电机的定子电阻R_s，因此提高了辨识永磁电机的交流电感的精度。

需要说明的是，交轴电感L_q2与直轴电感L_d1的辨识方法不同，在进行交轴电感L_q2的辨识过程中，还需要考虑到永磁电机的相电压U_dq的取值范围，因此，在本发明的一种实现方式中，所述电感参数辨识方法还可以包括：

(i)计算在仅施加交轴电流i_q′状态下的直轴输出电压U_d2和交轴输出电压U_q2。

(ii)利用所述交轴输出电压U_d2和所述直轴输出电压U_q2，生成所述永磁电机的相电压U_dq。

(iii)判断U_dq*数值是否处于0.88～0.92范围内，或判断所述相电压U_dq是否为0.88～0.92倍的

需要说明的是，这里所设定的U_dq*或U_dq的取值范围仅为较佳取值范围，并不应该构成对本发明实施例的限定，因此，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。

需要强调的是，应用本发明实施例提供的方案进行永磁电机电感参数的辨识过程中，可以先辨识直轴电感L_d1，也可以先辨识交轴电感L_q2，本发明实施例并不需要限定辨识直轴电感L_d1和交轴电感L_q2的先后顺序，也就是说，本发明实施例并不需要限定步骤S102和步骤S103的执行顺序，但是，由于辨识直轴电感L_d1时需要用到永磁磁链Ψ_f0，因此步骤S102需要在步骤S101之后执行，而步骤S103则可以在步骤S101的步骤之前或之后执行。

本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识方法，可以在特定转速范围下，按照永磁电机矢量控制中的反馈解耦原理，分别对永磁电机进行空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制，并基于电感参数的定义进行直轴电感和交轴电感的辨识，并不涉及永磁电机的定子电阻这一物理量，因此可以较为准确的获得永磁电机的电感参数。

进一步的，如图2所示，为本发明实施例提供的另一种永磁电机电感参数辨识方法的流程示意图，在图1所示电感参数辨识方法的基础之上，所述电感参数辨识方法还可以包括：

S104：采集所述永磁电机当前的直轴电流i_d1或交轴电流i_q2。

S105：按照预设的电流变换规则，生成所述直轴电流i_d1对应的直轴反馈电流i_d1-fb或与所述交轴电流i_q2对应的交轴反馈电流i_q2-fb。

S106：分别利用所述直轴反馈电流i_d1-fb或所述交轴反馈电流i_q2-fb对所施加的直轴电流i_d′或交轴电流i_q′进行闭环反馈调节。

需要说明的是，为了避免所施加的直轴电流i_d′或交轴电流i_q′过大或过小时对永磁电机电感参数辨识精度的影响，这里对直轴电流i_d′或交轴电流i_q′采用了闭环控制的方式进行调节。具体的，针对步骤S102，当仅施加直轴电流i_d′时，可以通过步骤S104和步骤S105，生成所述直轴电流i_d1对应的直轴反馈电流i_d1-fb，并利用该直轴反馈电流i_d1-fb对直轴电流i_d′进行反馈调节，从而使得所施加的直轴电流i_d′能够稳定于所期望的数值范围内；同理，针对步骤S103，当仅施加交轴电流i_q′时，可以通过步骤S104和步骤S105，生成所述交轴电流i_q2对应的交轴反馈电流i_q2-fb，并利用该交轴反馈电流i_q2-fb对交轴电流i_q′进行反馈调节，从而使得所施加的交轴电流i_q′能够稳定于所期望的数值范围内。

还需要说明的是，步骤S102中仅施加直轴电流i_d′的过程和步骤S103中仅施加交轴电流i_q′的过程是两个相互独立的过程，因此，当执行步骤S102时，需要利用直轴反馈电流i_d1-fb对直轴电流i_d′进行反馈调节；而当执行步骤S103时，需要利用交轴反馈电流i_q2-fb对交轴电流i_q′进行反馈调节。

可以看出，图2所示的电感参数辨识方法在具备了图1所示方法实施例的全部有益效果的基础之上，在辨识电感参数过程中对永磁电机的电流进行闭环控制，能够避免造成电流过大或过小，有利于提高永磁电机电感参数的辨识精度。

下面再对本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识***进行介绍。

如图3所示，所述电感参数辨识***可以包括：永磁电机10、电流调节模块20、电流反馈模块30和处理器40。

其中，所述电流调节模块20，用于向所述永磁电机施加直轴电流或交轴电流，以使得所述永磁电机运行于空载状态、仅施加直轴电流状态或交轴电流状态，以及输出所运行状态下的直轴输出电压或交轴输出电压。

所述电流反馈模块30，用于实时采集所述永磁电机的直轴电流或交轴电流，生成所述直轴电流对应的直轴反馈电流或与所述交轴电流对应的交轴反馈电流，以实现对所施加的直轴电流或交轴电流的闭环反馈调节。

进一步，所述电感参数辨识***还可以包括滤波模块50；其中，所述滤波模块50，用于对所述直轴反馈电流或所述交轴反馈电流进行滤波处理，并得到滤波电流；所述电流反馈模块30，还用于将生成的所述直轴反馈电流或所述交轴反馈电流注入所述滤波模块。

更进一步的，所述电感参数识别***还可以包括调制模块60，用于对所施加的直轴电流或交轴电流进行电压变换、调制发波和逆变处理。

本发明实施例提供的一种永磁电机电感参数辨识***，可以在特定转速范围下，按照永磁电机矢量控制中的反馈解耦原理，分别对永磁电机进行空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制，并基于电感参数的定义进行直轴电感和交轴电感的辨识，并不涉及永磁电机的定子电阻这一物理量，因此可以较为准确的获得永磁电机的电感参数；且在辨识电感参数过程中对永磁电机的电流进行闭环控制，能够避免造成电流过大或过小。

对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，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。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。