CN112152530A - 模型参考自适应磁链辨识参数整定方法 - Google Patents

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CN112152530A CN202011046518.0A CN202011046518A CN112152530A CN 112152530 A CN112152530 A CN 112152530A CN 202011046518 A CN202011046518 A CN 202011046518A CN 112152530 A CN112152530 A CN 112152530A
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朱瑞杰
杜仁慧
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724th Research Institute of CSIC
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724th Research Institute of CSIC
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    • 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
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0017—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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    • H02P21/141—Flux estimation

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Abstract

本发明公开了一种模型参考自适应磁链辨识参数整定方法，属于永磁同步电机参数辨识领域。该方法通过将模型参考自适应磁链辨识模型进行线性化得到模型的开环传递函数，当转子磁链随时间变化时，可得到磁链稳态误差表达式，并依此进行自适应率参数的整定。

Description

模型参考自适应磁链辨识参数整定方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机参数辨识领域。
背景技术
在高性能永磁同步电机控制中，电机参数(电阻、电感、磁链等)的获取必不可少，通常有离线测量和在线辨识两类方法。使用离线测量方法虽能得到电机参数，然而电机参数会随着工况发生变化，因此在线参数辨识方法受到学者的广泛研究。永磁同步电机参数辨识主要有以下几种算法：最小二乘法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法以及智能算法等。模型参考自适应法通过比较可调模型与参考模型的输出，采用合适的自适应律来不断调节可调模型中待辨识参数，使两个模型输出相一致，实现参数辨识。采用模型参考自适应方法辨识磁链已经有很多这方面的论文，但目前模型参考自适应法自适应率参数整定方法的研究较少。《模型参考自适应算法自适应率参数整定方法》(CN109347385A)公开了一种基于模型参考自适应的永磁同步电机无速度传感器控制算法自适应率参数整定方法，该方法是通过将模型参考自适应模型及其稳定性条件进行线性化得到***的开环传递函数，并结合古尔丹法计算出开环***的截止频率以及相位。然后结合自动控制理论给出开环***稳定的条件，并在截止频率以及相位裕度不满足相关条件时给出了自适应参数的调整方法。该方法需要判断截止频率和相位裕度是否满足要求，若不满足要求，则需要重新调整自适应率参数，虽然少了人工试凑的盲目性，但仍需要多次调整，才可能得到合适的参数。文献《基于模型参考自适应的永磁同步电机速度观测器中PI参数调节方法》(刘小俊、张广明等，电机与控制应用，2016年07期)在建立传递函数后采用根轨迹分析法来调节自适应参数。该方法需要画出多条根轨迹图和比较多个数据下的***阶跃响应曲线，因此实际工作量较大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种计算简单的参数整定方法。为实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
步骤(1)：根据永磁同步电机的q轴电流微分方程构建可调模型，使用Popov超稳定性理论设计磁链辨识自适应率，然后将模型参考自适应磁链辨识模型进行线性化得到模型的开环传递函数；
步骤(2)：结合自动控制理论，得到磁链稳态误差；
步骤(3)：根据稳态误差要求，得到自适应率积分参数整定表达式。
进一步的，步骤(1)包括：
(1.1)由
Figure BDA0002708171260000021
构建可调模型，并结合参考模型，使用Popov超稳定性理论设计自适应率为：
Figure BDA0002708171260000022
其中，p为微分算子；uq为定子电压q轴分量；Rs为定子电阻；id、iq为定子电流d、q轴分量；ψf为转子磁链；Ld，Lq为d、q轴电感；ωr为转子角速度；
Figure BDA0002708171260000023
为定子电流q轴分量观测值；
Figure BDA0002708171260000024
为转子磁链观测值。
(1.2)由
Figure BDA0002708171260000025
确定模型的开环传递函数；
进一步的，步骤(2)：由
Figure BDA0002708171260000026
确定磁链稳态误差δ；
进一步的，步骤(3)：由
Figure BDA0002708171260000027
实时计算积分参数Ki。
通过本发明以上所述技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：本发明提供的自适应率参数整定方法，无需反复试凑调整和画出多条曲线，只需按照公式进行计算即可，计算量较小简单实用。
附图说明
图1是本发明中误差***框图；
图2是本发明中提供的一种模型线性化的框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、方案更易于理解，以下结合附图进一步阐述本发明。
永磁同步电机q轴电流微分方程为：
piq＝(uq-Rsiq-ωrLdid-ωrψf)/Lq (1)
q轴电流微分方程构建可调模型为：
Figure BDA0002708171260000028
将式(1)与式(2)做差可得：
Figure BDA0002708171260000029
使用Popov超稳定性理论设计自适应率为：
Figure BDA0002708171260000031
由式(4)可得到图1所示的误差***框图。由图1可得到以实际磁链作为输入，估算磁链作为输出的线性化模型，如图2所示。由图2可得到模型的开环传递函数为：
Figure BDA0002708171260000032
其中，p为微分算子；uq为定子电压q轴分量；Rs为定子电阻；id、iq为定子电流d、q轴分量；ψf为转子磁链；Ld，Lq为d、q轴电感；ωr为转子角速度；
Figure BDA0002708171260000033
为定子电流q轴分量观测值；
Figure BDA0002708171260000034
为转子磁链观测值。
当电机工作，转子磁链会随着温度发生缓慢变化，可以认为是按斜坡规律变化，根据自动控制理论，按照斜坡输入Rt变化时，磁链稳态误差δ为
Figure BDA0002708171260000035
由式(6)可知，在选定磁链稳态误差δ，通过查找资料和离线测量得到转子磁链变化速率R的系数等级，结合电机参数、转子角速度ωr，由式(7)可以实时计算积分参数Ki为：
Figure BDA0002708171260000036

Claims (4)

1.模型参考自适应磁链辨识参数整定方法，其特征在于：
步骤(1)：根据永磁同步电机的q轴电流微分方程构建可调模型，使用Popov超稳定性理论设计磁链辨识自适应率，然后将模型参考自适应磁链辨识模型进行线性化得到模型的开环传递函数；
步骤(2)：结合自动控制理论，得到磁链稳态误差；
步骤(3)：根据稳态误差要求，得到自适应率积分参数整定表达式。
2.根据权利要求1所述的模型参考自适应磁链辨识参数整定方法，其特征在于：
所述步骤(1)包括：
(1.1)由
Figure FDA0002708171250000011
构建可调模型，并结合参考模型，使用Popov超稳定性理论设计磁链辨识自适应率为：
Figure FDA0002708171250000012
其中，p为微分算子；uq为定子电压q轴分量；Rs为定子电阻；id、iq为定子电流d、q轴分量；ψf为转子磁链；Ld，Lq为d、q轴电感；ωr为转子角速度；
Figure FDA0002708171250000013
为定子电流q轴分量观测值；
Figure FDA0002708171250000014
为转子磁链观测值；
(1.2)确定模型的开环传递函数G(s)：
Figure FDA0002708171250000015
3.根据权利要求1或权利要求2所述的模型参考自适应磁链辨识参数整定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，磁链稳态误差δ为：
Figure FDA0002708171250000016
4.根据权利要求3所述的模型参考自适应磁链辨识参数整定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，实时计算自适应率积分参数Ki：
Figure FDA0002708171250000017
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Applicant before: 724TH RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp.

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