CN110112975A - 一种电机参数在线辨识方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机参数在线辨识方法及***，包括：获取电机的三相交流电流；通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈与交轴电流反馈；给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；根据电机不同状态，将直轴‑交轴电流变换为轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数，本发明能够大幅提高参数的辨识效率，保证控制电机性能的稳定性，尤其是在电机的高速工况下，防止了电机的失控导致安全事故的发生。

Description

一种电机参数在线辨识方法及***

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种电机参数在线辨识方法及***。

背景技术

与传统异步电机相比，永磁同步电机具有损耗小、效率高等优点，应用范围日益广泛，在新能源汽车上的应用较为普遍。永磁同步电机控制参数依赖于电机本体的定子绕组、电感等，因此控制参数的合适与否将直接影响控制性能的稳定性。尤其体现在高速工况下，当电感参数偏差较大时，会导致失控现象的发生。本文以车用空调驱动电机作为研究对象，提出一种基于无位置传感器的永磁同步电机的电感、电感参数在线辨识方法。

现有的无位置传感器永磁同步电机的参数辨识大多使用人工测量等方式。在实现过程中发现，此方法需要人工参与，辨识效率较低，测试数据量大。因此此类方法在实际工程应用中不易实现，且不适用于转速变化过程。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种电机参数在线辨识方法，能够提高电机参数的辨识效率。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

第一方面，提供了一种电机参数在线辨识方法，

获取电机三相交流电流；

通过对三相电流进行坐标变换得到直轴电流反馈i_d与交流电流反馈i_q；

对给定直轴电流指令(任意给定)与直轴电流反馈i_d进行比例积分控制调节，得到直轴电压v_d；对给定交轴电流指令与交轴电流反馈i_q进行比例积分控制调节，得到交轴电压v_q；

其中V_d为直轴电压，V_q为交轴电压，R_s为定子绕组，ω_re为电机速度，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感，K_e为磁链值。

在电机静止时，通过注入一电压，使得：

i_d＝i_α；v_d＝v_α；i_q＝i_β；v_q＝v_β；

为防止电机在辨识过程中转动，设定

α-β轴的电流可根据d-q轴电流表示为：

则电压方程可表示为：

以α轴作为研究对象，则：

通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α；

即：

i_α为α轴电流，i_β为β轴电流，v_d为直轴电压，v_q为交轴电压，v_α、v_β分别为α轴和β轴的电压，θ_re为d轴和α轴之间的夹角，n为α轴电流的采样次数；

结合RLS(最小二乘法)算法，可在电机静止时辨识出R_s和L_d。

电机运行时，给定电流指令

α-β轴的电流可根据d-q轴电流表示为：

则电压方程可表示为：

以α轴作为研究对象，则：

由于R_s通过静止状态的辨识方法辨识得到，因此可通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α。

即：

结合RLS算法，可在电机运行时辨识出K_e和L_q。

第二方面，提供了一种电机参数在线辨识***，包括：

电流采集模块：用以获取电机的三相交流电流；

参数辨识模块：

用以通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈与交轴电流反馈；

给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；

根据电机不同状态，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数。

第三方面，也一种电机参数在线辨识***，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～5任一项所述方法的步骤。

有益效果如下：本发明能够大幅提高参数的辨识效率，保证控制电机性能的稳定性，尤其是在电机的高速工况下，防止了电机的失控导致安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明中电流分量示意图；

图2为本发明中电机静止状态参数辨识原理框图；

图3为本发明中电机运行状态参数辨识原理框图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1-3所示，一种电机参数在线辨识方法，

步骤一、获取电机的三相交流电流；

步骤二、通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈i_d与交轴电流反馈i_q；

步骤三、给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；

步骤四、

d轴和q轴电压表达式可描述为：

将d轴(直轴)和q轴(交轴)电压经坐标变换转换为α轴和β轴电压表示为：

其中V_α、V_β为α-β轴下的电压值，i_α、i_β为α-β轴下的电流值；其中L₀为平均电感，L₁为

半差电感。

直轴电流i_d在α-β轴可表示为:

i_d＝i_αcosθ_re+i_βsinθ_re

α-β轴电压可简化为如下表达式：

如图2所示，在电机静止状态时，转速为0，则α-β轴电压表示为：

如图2所示，电机静止时通过注入一电压，使得：

i_d＝i_α；v_d＝v_α；i_q＝i_β；v_q＝v_β；

给定交轴电流增加直轴电流

在此状况下，α-β轴与d-q轴关系可表示为：

则α-β轴电压可简化为如下表达式：

以α轴作为研究对象，则：

通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α；

即：

通过RLS(最小二乘法)算法可辨识出R_s和L_d，其数学模型为：

y＝[v_α(n)]

ε(n)＝y(n)-A^T(n)x(n-1)

x(n)＝x(n-1)+K(n)ε(n)

ε为当前读取电压值与上一时刻通过参数计算值之差；

K和P为增益矩阵系数；

根据上述递推公式可以求解R_s和L_d参数值。

其中，x为不同时刻电阻电感参数值矩阵，y为不同时刻α轴电压值，A^T为不同时刻的电流值及电流变化率；ω_e为电机电角速度，i_α为α轴电流，i_β为β轴电流，v_d为直轴电压，v_q为交轴电压，v_α、v_β分别为α轴和β轴的电压，θ_re为d轴和α轴之间的夹角，n为α轴电流的采样次数；

如图3所示，电机运行时给定直轴电流i_d＝0，加载不同交轴电流i_q；

在此状况下，α-β轴与d-q轴关系可表示为：

则α-β轴电压可简化为如下表达式：

以α轴作为研究对象，则：

通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α；

根据RLS算法，以及上述辨识出的R_s，可得到收敛后的L_q和K_e的值，其数学模型为：

y＝[v_α(n)-R_si_α(n)]

ε(n)＝y(n)-A^T(n)x(n-1)

x(n)＝x(n-1)+K(n)ε(n)

P(n)＝[1-K(n)A^T(n)]P(n-1)

ε为当前读取电压值与上一时刻通过参数计算值之差；

K和P为增益矩阵系数；

根据上述递推公式可以求解L_q和K_e的值。

本发明实施例提供的电机参数在线辨识***，可用于加载执行上述电机参数在线辨识方法，包括：

电流采集模块：用以获取电机的三相交流电流；

参数辨识模块：

用以通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈与交轴电流反馈；

给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；

根据电机不同状态，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数。

本发明实施例提供的电机参数在线辨识***，还可以是：包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述电机参数在线辨识方法任一项所述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电机参数在线辨识方法，其特征在于，包括：

获取电机的三相交流电流；

通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈与交轴电流反馈；

给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；

根据电机不同状态，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数。

2.根据权利要求1所述的一种电机参数在线辨识方法，其特征在于，所述给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压具体为：

对给定的直轴电流指令与直轴电流反馈i_d进行比例积分控制调节，得到直轴电压v_d；对给定的交轴电流指令与交轴电流反馈i_q进行比例积分控制调节，得到交轴电压v_q，如公式(1)所示：

其中，其中V_d为直轴电压，V_q为交轴电压，R_s为定子绕组，ω_re为电机速度，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感，K_e为磁链值。

3.根据权利要求2所述的一种电机参数在线辨识方法，其特征在于，根据电机不同状态，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数具体为：

在电机静止状态下，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过电机静止状态的电压方程计算出直轴电感和定子绕组；

在电机运行状态下，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过电机运行状态时的电压方程计算出交轴电感和磁链值。

4.根据权利要求3所述的一种电机参数在线辨识方法，其特征在于，在电机静止状态下，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过电机静止状态的电压方程计算出直轴电感和定子绕组具体为：

在电机静止状态下，通过注入一电压，使得：

i_d＝i_α；v_d＝v_α；i_q＝i_β；v_q＝v_β；

设定

α-β轴的电流可根据直轴-交轴即d-q轴电流表示为：

则电压方程可表示为：

可得

通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α，即：

其中，i_d为直轴电流反馈，i_q为交轴电流反馈，i_α为α轴电流，i_β为β轴电流，v_d为直轴电压，v_q为交轴电压，v_α、v_β分别为α轴和β轴的电压，θ_re为d轴和α轴之间的夹角，n为α轴电流的采样次数；

再通过最小二乘法在电机静止时辨识出定子电组R_s和直轴电感L_d。

5.根据权利要求3所述的一种电机参数在线辨识方法，其特征在于：在电机运行状态下，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过电机运行状态时的电压方程计算出交轴电感和磁链值具体为：

电机运行状态下，设

α-β轴的电流可根据直轴-交轴，即d-q轴电流表示为

则电压方程可表示为：

可得

通过给定不同的α轴电流，可得到不同的v_α，

再通过最小二乘法，在电机运行时辨识出磁链值K_e和交轴电感L_q。

6.一种电机参数在线辨识***，其特征在于，包括：

电流采集模块：用以获取电机的三相交流电流；

参数辨识模块：

用以通过对三相交流电流进行坐标变换得到直轴电流反馈与交轴电流反馈；

给定一个直轴电流与直轴电流反馈进行比例积分调节得到直轴电压，给定一个交轴电流与交轴电流反馈进行比例积分调节得到交轴电压；

根据电机不同状态，将直轴-交轴电流变换为α-β轴电流，通过不同状态下的电压方程计算出所需辨识的参数。

7.一种电机参数在线辨识***，其特征在于，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～5任一项所述方法的步骤。