CN108288935A - 一种永磁同步电机电感参数获取方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机电感参数获取方法及***，该方法包括：通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动，然后获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压，接着根据所述频率和所述第一电压获取磁链，可以根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。利用本发明无需依赖电机的相电阻获取电感参数，而是按照永磁同步电机矢量控制中前馈解耦原理，分别对被测电机空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制共三大步骤即可准确的获得永磁电机的电感参数。

Description

一种永磁同步电机电感参数获取方法及***

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机电感参数获取方法及***。

背景技术

永磁同步电机功耗低，效率高、调速范围宽，被广泛应用于电动汽车领域。为了使得永磁同步电机达到优良的控制性能，电机控制多采用矢量控制算法，在对永磁同步电机进行矢量控制时，交轴和直轴之间存在交叉耦合分量，在电机运行工况发生变化时，会因为耦合分量的存在，而使得电机的交轴电流、直轴电流相互作用，影响电机的动态性能。所以通常会对电机进行解耦控制，最常见的是前馈解耦和反馈解耦，这两类解耦方法都依赖于电机的电感等参数，所以对电机电感等参数进行辨识显得很重要。

同步电机的解耦控制所需电机参数为电机磁链ψf、电机直轴电感L_d和电机交轴电感L_q。目前辨识同步电机的交、直轴电感通常采用脉冲电压冲击法。向电机施加固定的直轴(d轴)脉冲电压，采样d轴反馈电流，根据公式反推计算得到d轴电感。同理，向电机施加固定的交轴(q轴)脉冲电压，采样q轴反馈电流，根据公式反推计算得到q轴电感。

然而，电感参数的获取依赖电机的相电阻Rs，相电阻Rs的精度会影响辨识电感参数的精度。此外，施加的固定电压幅值不易选取，电压幅值过大容易造成过流，电压幅值过小电流过小，不容易检测。因此，现有技术较难获取精确的电感参数。

发明内容

本发明提供了一种永磁同步电机电感参数获取方法及***，解决现有技术较难获取精确的电感参数的问题。

本发明提供了一种永磁同步电机电感参数获取方法，包括：

通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动；

获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压；

根据所述频率和所述第一电压获取磁链；

根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

优选地，所述根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感包括：

对于直轴电感：

设定交轴电流为0；

按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，分别采集施加不同直轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压；

根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同直轴电流对应的直轴电感，直至达到第一结束条件；

存储不同直轴电流对应的直轴电感；

对于交轴电感：

设定直轴电流为0；

按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，分别采集施加不同交轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压；

根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同交轴电流对应的交轴电感，直至达到第二结束条件；

存储不同交轴电流对应的交轴电感。

优选地，所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；

所述第二结束条件为：电机相电压≥逆变器极限电压。

优选地，当第一电压为标幺值时，将第一电压转换为实际值；

当电压为标幺值时，将电压转换为实际值。

优选地，所述通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动包括：

将原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接；

通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。

相应地，本发明还提供了一种永磁同步电机电感参数获取***，包括：

永磁同步电机、逆变桥、转子角度计算单元、电感计算单元、电流调节单元、电压变换单元、电流变换单元、被测电机电流检测单元和调制发波单元，永磁同步电机分别与逆变桥、转子角度计算单元和电感计算单元相连，被测电机电流检测单元、电流变换单元、电流调节单元、电压变换单元、调制发波单元和逆变桥依序相连，转子角度计算单元还分别与电流变换单元、调制发波单元相连；

所述永磁同步电机通过外力拖动以指定转速空载转动；

所述被测电机电流检测单元用于检测永磁同步电机被拖动时产生的感生电流，并发送给电流变换单元；

所述转子角度计算单元用于将位置角发送给调制发波单元和电流变换单元；

所述电流变换单元用于将接收的感生电流和位置角转换为交轴电流和直轴电流，并发送给电流调节单元；

所述电流调节单元用于将接收的交轴电流和直轴电流转换为交轴电压和直轴电压，并发送给电压变换单元；

所述调制发波单元用于将接收的经电压变换单元转变后的电压根据位置角进行调波后，经由逆变桥输出给永磁电动机；

所述电感计算单元用于根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

优选地，所述电流调节单元具体用于，对于直轴电感：设定交轴电流为0；按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，直至达到第一结束条件；以及

对于交轴电感：设定直轴电流为0；按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，直至达到第二结束条件。

优选地，所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；

所述第二结束条件为：电机相电压≥逆变器极限电压。

优选地，所述逆变桥还与所述电感计算单元相连，所述逆变桥将逆变器满调电压发送给所述电感计算单元，所述电感计算单元具体用于当电压为标幺值时，将电压转换为实际值。

优选地，所述***还包括：

原动机和原动机转速控制单元，原动机转速控制单元与原动机电连接，原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接；

所述原动机转速控制单元用于通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。

本发明提供的一种永磁同步电机电感参数获取方法及***，通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动，然后获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压，接着根据所述频率和所述第一电压获取磁链，可以根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。利用本发明无需依赖电机的相电阻Rs获取电感参数，而是按照永磁同步电机矢量控制中前馈解耦原理，分别对被测电机空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制共三大步骤即可准确的获得永磁电机的电感参数。

进一步地，本发明提供的永磁同步电机电感参数获取方法及***，提供了根据磁链获取直轴电感和交轴电感的方法，且不涉及施加固定电压，并设置了结束条件，不会造成过流而损坏电机，可以有效保护电机。

进一步地，本发明提供的永磁同步电机电感参数获取方法及***，根据交轴电感和直轴电感的特性，分别设置了不同的停止条件，这样可以更好的保护永磁同步电机。

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取方法的第一种流程图；

图2为根据本发明实施例提供的根据磁链获取电感的方法的一种流程图；

图3根据本发明实施例提供的使得永磁同步电机以指定速度空载转动的一种流程图；

图4为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取***的第一种结构示意图；

图5为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取***的第二种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合流程示意图对具体的实施例进行详细的描述。如图1所示，为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取方法的第一种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S01，通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动。

在本实施例中，可以通过外部电动机、发动机等动力源驱动永磁同步电机以指定转速空载转动。

步骤S02，获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压。

永磁同步电机的频率w_e可以按照公式(1)计算：

其中，p为电机极对数，n_ref为指定转速，取n_ref为0.6～1倍被测电机额定转速且保证此转速下的空载线反电动势小于0.45～0.5倍逆变器满调电压U_dc。

由于永磁同步电机的转子转动时，定子会产生感生电动势，该电动势可以通过永磁同步电机的电流调节单元输出值获取，其值与第一电压U_q相同，该第一电压U_q与磁链相关，因此，可以通过该第一电压获取磁链。

步骤S03，根据所述频率和所述第一电压获取磁链。

在本实施例中，给定被测电机id*＝0A，iq*＝0A，根据电流调节单元的输出量U_q计算永磁磁链ψ_f，具体可以通过公式(2)获取磁链ψ_f，如下所示：

优选地，当第一电压为标幺值时，将第一电压转换为实际值，可以通过公式(3)进行转换：

其中，为标幺基值。

步骤S04，根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

具体地，可以根据磁链、施加电流、电感之间的关系，分别计算施加不同直轴电流时的直轴电感，施加不同交轴电流时的交轴电感，其中，施加不同直轴电流时的直轴电感L_d可以通过公式(4)计算得到：

其中，id*指施加反向直轴电流。

施加不同交轴电流时的交轴电感L_q可以通过公式(5)计算得到：

其中，iq*指施加交轴电流。

当电压为标幺值时，可以采用公式(3)将电压转换为实际值。

永磁电机电感随通入电流会有所变化，通过本发明可获取电感参数与电流的变化曲线。需要说明的是，交轴电感和直轴电感的获取不分前后顺序。

本发明提供的一种永磁同步电机电感参数获取方法及***，通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动，然后获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压，接着根据所述频率和所述第一电压获取磁链，可以根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。利用本发明无需依赖电机的相电阻Rs获取电感参数，而是按照永磁同步电机矢量控制中前馈解耦原理，分别对被测电机空载控制、仅施加直轴电流控制和仅施加交轴电流控制共三大步骤即可准确的获得永磁电机的电感参数。

如图2所示，为根据本发明实施例提供的根据磁链获取电感的方法的一种流程图。

在本实施例中，所述根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感可以包括以下步骤：

对于直轴电感：

步骤S21，设定交轴电流为0。给定iq*＝0A，id*＝-A_{d_m}。

步骤S22，按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，分别采集施加不同直轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压。

具体地，可以通过以下方式来实现：id*＝-A_{d_m}，A_{d_m}＝m*id_step，m＝(1,2,3……int(0.7*is_max/id_step))，id_step为id*电流增加步长，id_step可取0.1％～0.3％倍is_max，is_max为电机峰值电流。其中，int指的是取整。

步骤S23，根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同直轴电流对应的直轴电感，直至达到第一结束条件。

在本实施例中，根据各id电流及各id电流对应的U_{q_m}、永磁磁链ψ_f计算不同id电流下的直轴电感L_{d_m}，计算公式如式(6)所示：

当电流调节单元输出U_q为标幺值，则L_{d_m}计算公式如式(7)所示：

步骤S24，存储不同直轴电流对应的直轴电感。

对于交轴电感：

步骤S25，设定直轴电流为0。给定id*＝0A。

步骤S26，按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，分别采集施加不同交轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压。

在本实施例中，iq*＝A_{q_n}，A_{q_n}＝n*iq_step，n＝(1,2,3……int(is_max/iq_step))，iq_step为iq*电流增加步长，iq_step可取0.1％～0.3％is_max，is_max为电机峰值电流。

步骤S27，根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同交轴电流对应的交轴电感，直至达到第二结束条件。

在本实施例中，根据各iq电流及各iq电流下的U_{d_n}计算不同iq电流下的L_{q_n}，计算公式如式(8)所示：

上式中电流调节输出U_d为实际值，若电流调节输出U_d为标幺值，则L_{q_n}计算公式如式(9)所示：

步骤S28，存储不同交轴电流对应的交轴电感。

需要说明的是，交轴电感计算时，需要关注电机相电压Ud_q，这与直轴电感计算时的关注点不同，因此，优选地，第一结束条件和第二结束条件不相同，其中，所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；所述第二结束条件为：电机相电压U_dq≥逆变器极限电压U_max，当电流调节输出为实际值时，U_max可以为0.88～0.92，当电流调节输出为标幺值时，U_max可以为0.88～0.92倍的

U_dq计算公式如式(10)所示：

若U_dq达到U_max时，iq*电流停止增加，L_q参数辨识结束。

如图3所示，根据本发明实施例提供的使得永磁同步电机以指定速度空载转动的一种流程图。

在本实施例中，所述通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动包括以下步骤：

步骤S31，将原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接。

步骤S32，通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。

本发明提供的方法可以实现通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动。

相应地，本发明还提供了与上述永磁同步电机电感参数获取方法相对应的永磁同步电机电感参数获取***，如图4所示，为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取***的第一种结构示意图。

在本实施例中，永磁同步电机电感参数获取***，其特征在于，包括：

永磁同步电机、逆变桥、转子角度计算单元、电感计算单元、电流调节单元、电压变换单元、电流变换单元、被测电机电流检测单元和调制发波单元，永磁同步电机分别与逆变桥、转子角度计算单元和电感计算单元相连，被测电机电流检测单元、电流变换单元、电流调节单元、电压变换单元、调制发波单元和逆变桥依序相连，转子角度计算单元还分别与电流变换单元、调制发波单元相连。

其中，所述永磁同步电机通过外力拖动以指定转速空载转动；所述被测电机电流检测单元用于检测永磁同步电机被拖动时产生的感生电流，并发送给电流变换单元；所述转子角度计算单元用于将位置角theta发送给调制发波单元和电流变换单元；所述电流变换单元用于将接收的感生电流和位置角转换为交轴电流和直轴电流，并发送给电流调节单元；所述电流调节单元用于将接收的交轴电流和直轴电流转换为交轴电压和直轴电压，并发送给电压变换单元；所述调制发波单元用于将接收的经电压变换单元转变后的电压根据位置角进行调波后，经由逆变桥输出给永磁电动机；所述电感计算单元用于根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

优选地，所述电流调节单元具体用于，对于直轴电感：设定交轴电流为0；按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，直至达到第一结束条件；以及对于交轴电感：设定直轴电流为0；按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，直至达到第二结束条件。

其中，所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；所述第二结束条件为：电机相电压≥逆变器极限电压。

本发明提供的永磁同步电机电感参数获取***可以无需凭借电机的相电阻Rs即可准确的获取电感参数。

如图5所示，为根据本发明实施例提供的永磁同步电机电感参数获取***的第二种结构示意图。

在本实施例中，所述***还包括：

原动机和原动机转速控制单元，原动机转速控制单元与原动机电连接，原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接。

所述原动机转速控制单元用于通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。

优选地，所述逆变桥还与所述电感计算单元相连，所述逆变桥将逆变器满调电压发送给所述电感计算单元，所述电感计算单元具体用于当电压为标幺值时，将电压转换为实际值。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，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。以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及***；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机电感参数获取方法，其特征在于，包括：

通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动；

获取指定转速下永磁同步电机的频率和永磁同步电机的电流调节单元输出的第一电压；

根据所述频率和所述第一电压获取磁链；

根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感包括：

对于直轴电感：

设定交轴电流为0；

按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，分别采集施加不同直轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压；

根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同直轴电流对应的直轴电感，直至达到第一结束条件；

存储不同直轴电流对应的直轴电感；

对于交轴电感：

设定直轴电流为0；

按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，分别采集施加不同交轴电流时永磁同步电机的电流调节单元输出的电压；

根据所述电压、所述磁链和所述频率获取不同交轴电流对应的交轴电感，直至达到第二结束条件；

存储不同交轴电流对应的交轴电感。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；

所述第二结束条件为：电机相电压≥逆变器极限电压。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，

当第一电压为标幺值时，将第一电压转换为实际值；

当电压为标幺值时，将电压转换为实际值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过外力拖动永磁同步电机以指定转速空载转动包括：

将原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接；

通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。

6.一种永磁同步电机电感参数获取***，其特征在于，包括：

永磁同步电机、逆变桥、转子角度计算单元、电感计算单元、电流调节单元、电压变换单元、电流变换单元、被测电机电流检测单元和调制发波单元，永磁同步电机分别与逆变桥、转子角度计算单元和电感计算单元相连，被测电机电流检测单元、电流变换单元、电流调节单元、电压变换单元、调制发波单元和逆变桥依序相连，转子角度计算单元还分别与电流变换单元、调制发波单元相连；

所述永磁同步电机通过外力拖动以指定转速空载转动；

所述被测电机电流检测单元用于检测永磁同步电机被拖动时产生的感生电流，并发送给电流变换单元；

所述转子角度计算单元用于将位置角发送给调制发波单元和电流变换单元；

所述电流变换单元用于将接收的电机相电流和位置角转换为交轴电流和直轴电流，并发送给电流调节单元；

所述电流调节单元用于将接收的交轴电流和直轴电流转换为交轴电压和直轴电压，并发送给电压变换单元；

所述调制发波单元用于将接收的经电压变换单元转变后的电压根据位置角进行调波后，经由逆变桥输出给永磁电动机；

所述电感计算单元用于根据所述磁链分别获取施加不同直轴电流时的直轴电感、以及施加不同交轴电流时的交轴电感。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述电流调节单元具体用于，对于直轴电感：设定交轴电流为0；按照第一设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的负向直轴电流，直至达到第一结束条件；以及

对于交轴电感：设定直轴电流为0；按照第二设定步长从零逐步增加给永磁同步电机施加的交轴电流，直至达到第二结束条件。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述第一结束条件为：第一设定步长增加次数＞指定倍数的电机峰值电流与第一设定步长的比值；

所述第二结束条件为：电机相电压≥逆变器极限电压。

9.根据权利要求7或8所述的***，其特征在于，所述逆变桥还与所述电感计算单元相连，所述逆变桥将逆变器满调电压发送给所述电感计算单元，所述电感计算单元具体用于当电压为标幺值时，将电压转换为实际值。

10.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***还包括：

原动机和原动机转速控制单元，原动机转速控制单元与原动机电连接，原动机与永磁同步电机的转轴同轴连接；

所述原动机转速控制单元用于通过控制原动机的转速使得永磁同步电机以指定转速空载转动。