CN112468047B - 一种电机参数测试方法以及一种直线电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机参数测试方法，适用于长定子直线电机或旋转永磁同步电机，包括：确定所述电机的数学模型；控制所述电机的运行状态以得到所述数学模型的多组测试值；以及基于所述多组测试值与所述数学模型确定电机参数，所述电机参数包括等效电阻、等效直轴电感以及等效交轴电感。

Description

一种电机参数测试方法以及一种直线电机的控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机参数测试方法以及使用电机参数的直线电机的控制方法。

背景技术

常导磁浮列车可达400至500公里/小时，超导磁浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素，比目前最先进的高速火车少耗电30％。在500公里/小时速度下，每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2，比汽车也少耗能30％。因无轮轨接触，震动小、舒适性较好，磁浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音也较低。由于磁浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。

高速磁浮列车依靠长定子直线同步电机牵引前进，电机控制的性能直接关系到高速磁浮列车运行的平稳性，而获取准确的全线路电机参数对提升控制***的性能具有重要意义。

另外，当磁浮列车速度较低时，可以采用车载测速定位装置获得速度和角度，通过车地无线电***发送给地面；当磁浮列车速度较高时，车载测速定位***不再适用，采用基于锁相环的扩展反电动势法可以计算得到磁浮列车的运行速度和磁极角度，但该方法依赖于电机参数：直轴电感、交轴电感和等效电阻。

高速磁浮列车所采用的电机为长定子同步直线电机，随着列车的运行，电机参数会随着列车位置的变化而变化，具有分布式的特点。现有的电机参数测试方法不能获取全线路的电机参数。为获取高速磁浮列车在全线路任何位置时的长定子直线电机的直轴电感、交轴电感和等效电阻，本发明提出一种电机参数测试方法，该电机参数测试方法可用于获取长定子直线电机在全线路任意位置时的电机参数或旋转永磁同步电机全旋转周期内的电机参数。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种电机参数测试方法，适用于长定子直线电机或旋转永磁同步电机，包括：确定所述电机的数学模型；控制所述电机的运行状态以得到所述数学模型的多组测试值；以及基于所述多组测试值与所述数学模型确定电机参数，所述电机参数包括等效电阻、等效直轴电感以及等效交轴电感。

进一步地，所述电机包括定子绕组和转子，所述测试值为电压值，所述控制电机的运行状态包括：控制所述电机以至少三种运行状态运行并获取所述定子绕组的至少三组测试值以确定所述定子绕组的电压值相对于所述转子的位置的变化关系。

进一步地，所述三种运行状态包括第一运行状态、第二运行状态以及第三运行状态，所述控制电机以至少三种运行状态运行并获取至少三组测试值包括：在所述第一运行状态下，控制所述定子绕组不通电流，获取所述转子在外力拖动下以第一预设速度匀速运行时所述定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第一组测试值；在所述第二运行状态下，控制所述电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为第一电流且交轴电流分量恒定为0，获取所述转子在外力拖动下以第二预设速度匀速运行时所述定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第二组测试值；以及在所述第三运行状态下，控制所述电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为0且交轴电流分量恒定为第二电流，获取所述转子在外力拖动下以第三预设速度匀速运行时所述定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第三组测试值。

进一步地，所述电机为长定子直线电机，所述长定子直线电机的转子为磁浮列车，在所述第一运行状态下，控制所述定子绕组不通电流，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以所述第一预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系；在所述第二运行状态下，控制所述长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为第一电流，控制所述长定子直线电机的定子绕组的交轴电流分量恒定为0，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以所述第二预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系；以及在所述第三运行状态下，控制所述长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为0，控制所述长定子直线电机的定子绕组的交轴电流分量恒定为第二电流，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以所述第三预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系。

进一步地，所述长定子直线电机的数学模型包括其定子绕组的直轴电压表达式和交轴电压表达式，所述直轴电压表达式为

所述交轴电压表达式为

其中，R为等效电阻，L_d直轴等效电感，L_q为交轴等效电感，τ_s为定子极距，ψ_f为所述磁浮列车的励磁线圈产生的磁链，v为所述磁浮列车的速度。

进一步地，所述基于多组测试值及数学模型确定电机参数包括：基于所述第一运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的交轴电压分量并代入所述交轴电压表达式中以计算出所述磁浮列车的励磁互感以确定所述磁链ψ_f；基于所述第二运行状态下获取的电压确定所述定子绕组直轴电压分量和交轴电压分量并分别代入所述直轴电压表达式和所述交轴电压表达式中以计算出所述等效电阻R和所述直轴等效电感L_d；以及基于所述第三运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的直轴电压分量并代入所述直轴电压表达式以计算出所述交轴等效电感L_q。

进一步地，所述电机为旋转永磁同步电机，所述第一预设速度、所述第二预设速度以及所述第三预设速度分别为第一预设角速度、第二预设角速度以及第三预设角速度，在所述第一运行状态下，控制所述旋转永磁同步电机的定子绕组不通电流，获取所述转子在外力拖动下以所述第一预设角速度匀速旋转时所述定子绕组的电压相对于所述转子的位置的变化关系；在所述第二运行状态下，控制所述旋转永磁同步电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为第一电流，控制其交轴电流分量恒定为0，获取所述转子在外力拖动下以所述第二预设角速度匀速旋转时所述定子绕组的电压相对于所述转子的位置的变化关系；以及在所述第三运行状态下，控制所述旋转永磁同步电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为0，控制其交轴电流分量恒定为第二电流，获取所述转子在外力拖动下以所述第三预设角速度匀速旋转时所述定子绕组的电压相对于所述转子的位置的变化关系。

进一步地，所述旋转永磁同步电机的数学模型包括其定子绕组的直轴电压表达式和交轴电压表达式，所述直轴电压表达式为

所述交轴电压表达式为

其中，R为等效电阻，L_d直轴等效电感，L_q为交轴等效电感，ω为转子旋转角速度，ψ_f为全旋转周期所述旋转永磁同步电机产生的磁链。

进一步地，所述基于多组测试值确定电机的电机参数包括：基于所述第一运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的交轴电压分量，并代入所述交轴电压表达式中以计算出所述磁链ψ_f；基于所述第二运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的直轴电压分量和交轴电压分量，并分别代入所述直轴电压表达式和所述交轴电压表达式中以计算出所述等效电阻R和所述直轴等效电感L_d；以及基于所述第三运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的直轴电压分量，并代入所述直轴电压表达式以计算出所述交轴等效电感L_q。

根据本发明另一个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器被用于执行存储在所述存储器上的计算机程序时实现如上述任一项所述的电机参数测试方法的步骤。

根据本发明又一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项的电机参数测试方法的步骤。

根据本发明再一个方面，提供了一种直线电机的控制方法，所述直线电机用于驱动磁浮列车运行，所述控制方法包括：基于如上述任一项所述的电机参数测试方法获得的电机参数控制所述直线电机的定子绕组的电压。

进一步地，所述直线电机的定子绕组的电压由三相逆变器控制，所述控制方法还包括：对磁浮列车的运行速度给定值及实际运行速度进行比例积分调节以确定所述定子绕组所需的交轴电流目标值；对所述交轴电流目标值以及所述定子绕组的实际交轴电流值进行比例积分调节并引入交轴电压前馈项以确定所述定子绕组的交轴电压目标值，所述交轴电压前馈项与所述直线电机的所述电机参数有关；以及基于所述交轴电压目标值控制所述三相逆变器。

进一步地，所述对磁浮列车的运行速度给定值及实际运行速度进行比例积分调节还包括：利用扩展反电动势法通过所述电机参数计算磁浮列车的实际运行速度。

进一步地，所述直线电机的定子绕组的电压由三相逆变器控制，所述控制方法还包括：对定子绕组的直轴电流目标值及其实际直轴电流值进行比例积分调节并引入直轴电压前馈项以确定所述定子绕组的直轴电压目标值，所述直轴电压前馈项与所述直线电机的所述电机参数有关；以及基于所述直轴电压目标值控制所述三相逆变器。

根据本发明另一个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器被用于执行存储在所述存储器上的计算机程序时实现如上述任一项所述的控制方法的步骤。

根据本发明又一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项的控制方法的步骤。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

图1是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的长定子直线电机的等效电路；

图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的电机参数测试方法的流程示意图；

图3是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的电机参数测试方法的局部流程示意图；

图4是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例的硬件框图；

图5是根据本发明的又一个方面绘示的一实施例的直线电机的控制***原理图；

图6是根据本发明的又一个方面绘示的一实施例的直线电机的控制方法的流程示意图；

图7是根据本发明的又一个方面绘示的一实施例的直线电机的控制方法的局部流程示意图；

图8是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例的硬件框图。

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

注意，在使用到的情况下，标志第一、第二、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

长定子直线电机与常规的电机存在不同，因此首先对长定子直线电机的相关内容进行简要介绍。

高速磁浮长定子直线电机的定子布置在地面，为了减小馈电电缆的传输损耗，需采用定子段分段供电的方式运作。对于牵引控制***而言，长定子直线电机可以分为三个部分：馈电电缆、未与列车耦合部分的定子段、与列车耦合部分的直线同步电机。因此，如图1所示，长定子直线电机的数学模型可以等效为上述三个部分之和。

图1中，U_a、U_b、U_c表示电机的三相输入相电压，R_la、R_lb、R_lc表示馈电电缆的电阻，L_la、L_lb、L_lc表示馈电电缆的电感，R_xa、R_xb、R_xc表示未与列车耦合部分定子段的电阻，L_xa、L_xb、L_xc表示未与列车耦合部分定子段的电感，直线电机图形表示与列车耦合部分的直线同步电机。假设耦合部分的定子电阻为R_sa、R_sb、R_sc，直轴(d轴)和交轴(q轴)电感分别为L_md、L_mq。

则，长定子直线电机的等效电阻、直轴电感和交轴电感可等效为：

其中，R_l、R_x和R_s分别为馈电电缆、未与列车耦合部分定子段和与列车耦合部分定子段的电阻，L_l、L_x、L_md、L_mq分别为馈电电缆的电感、未与列车耦合部分定子段的电感、与列车耦合部分定子段的直轴电感和与列车耦合部分定子段的交轴电感，R、L_d和L_q为完整的长定子直线电机的等效电阻、等效直轴电感和等效交轴电感。

旋转永磁同步电机的相关参数为本领域的基础知识，不再赘述。

根据本发明的一个方面，提供一种电机参数测试方法，适用于长定子直线电机或旋转永磁同步电机。本发明将先以普适性的阐述对该电机参数测试方法进行说明，再分别基于长定子直线电机和旋转永磁同步电机进行个性化地具体说明。

普适的电机参数测试方法如图2中的流程示意图所示，电机参数测试方法200包括步骤S210～S230。

其中，步骤S210为：确定电机的数学模型。

常用电机的数学模型均可在各种电力电子的教科书中有记载，一般包括直轴和交轴的定子电压计算公式。

步骤S220为：控制电机的运行状态以得到所述数学模型的多组测试值。

可以理解，公式表示的是多个量之间符合的普遍关系，而电机的数学模型中的多个量中存在如电压电流等可测或可控量，还存在电机的固有参数以及虚拟的等效参数。其中，固有参数是不变的，可由电机的出厂参数获得，或通过简单手段测量获得。而本发明想要获得其中的等效参数，可通过控制电机的运行状态，同时获得电机运行过程中各个可测或可控量的实际数据，再将想要获得的虚拟参数作为未知数，其满足的数学模型为方程或方程组，进而解出其中的未知数以获得虚拟参数的表达式。

步骤S230为：基于多组测试值与数学模型确定电机参数，电机参数包括等效电阻、等效直轴电感以及等效交轴电感。

将多组测试值代入数学模型中，可得到以该些电机参数作为未知数的方程或方程组，通过解方程或解方程组获得想要的电机参数的表达式。具体地，电机的数学模型是关于电机的直轴或交轴的电压或电流的公式，因此对应的多组测试值也是关联的电压和电流。其中，可通过控制其中的电流值，测量其对应的电压值来作为一方程的已知量。

进一步地，本发明所要获得的电机参数为3个，而方程或方程组有解的必要条件为未知数的数量与方程的数量相同，因此至少需要三组测试值以得到三个方程。对应地，步骤S220可被设置为：控制电机以至少三种运行状态运行并获取所述定子绕组的至少三组测试值以确定所述定子绕组的所述测试值相对于所述转子的位置的变化关系。

控制电机的运行状态包括了控制其定子绕组的电流值，则获取测试值仅需获取该电流值对应的电压值，则测试值可仅指需要测量的电机的定子绕组的电压。本领域的技术人员可以理解，本发明旨在获取长定子直线电机的全线路电机参数或旋转永磁同步电极的全旋转周期电机参数，因此获取的测试值也是长定子直线电机的定子绕组在全线路上的电压值或旋转永磁同步电极的定子绕组在全旋转周期内的电压值。

更进一步地，较优地，为便于计算，如图3所示，步骤S220可包括步骤S221～S223。

步骤S221为：控制电机以第一运行状态运行，在第一运行状态下，控制电机的定子绕组不通电流，外力拖动电机转子以使得转子以第一预设速度匀速运行，同时获取定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第一组测试值。显然，该电压与电机的转子的位置有关。

步骤S222为：控制电机以第二运行状态运行，在第二运行状态下，控制电机的定子绕组的电流恒定，且将电流进行直交轴分解后的直轴电流分量恒定为第一电流，分解后的交轴电流分量恒定为0。外力拖动电机的转子以使得转子以第二预设速度匀速运行，同时获取定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第二组测试值。

步骤S223为：控制电机以第三运行状态运行，在第三运行状态下，控制电机的定子绕组的电流恒定，且将电流进行直交轴分解后的直轴电流分量恒定为0，分解后的交轴电流分量恒定为第二电流，外力拖动电机的转子以使得转子以第三预设速度匀速运行，同时获取定子绕组的电压相对于转子的位置的变化关系以作为第三组测试值。

其中，第一预设速度、第二预设速度和第三预设速度为电机的转子的匀速运转速度，该三者可以相同或不同，可以是预先设定的速度值，也可以是外力拖动电机的转子匀速运行时的实际速度值。本发明仅需确定电机的转子匀速运行且获得匀速运行时的实际速度即可，对该速度的大小并无要求。

可以理解，获得上述三种运行状态下的测试值后，将设计的电流值和获取的电压值代入电机对应的数学模型构成方程组，再计算出所需的电机参数即可。

进一步地，以下对长定子直线电机的参数测试过程进行详细说明。

长定子直线电机的定子段铺设在地面上，磁浮列车相当于长定子直线电机的转子，该磁浮列车的规定的完整行驶路线为该磁浮列车的全线路。具体地，长定子直线电机的数学模型如下：

其中，u_d为定子绕组的直轴电压，i_d为定子绕组的直轴电流，u_q为定子绕组的交轴电压，i_q为定子绕组的交轴电流，R为等效电阻，L_d直轴等效电感，L_q为交轴等效电感，τ_s为定子极距，ψ_f为所述磁浮列车的励磁线圈产生的磁链，v为所述磁浮列车的速度，其中,u_d、i_d、u_q、i_q、R、L_d、L_q和ψ_f与磁浮列车的位置有关，因此以下以分别以u_d(s)、i_d(s)、u_q(s)、i_q(s)、R(s)、L_d(s)、L_q(s)和ψ_f(s)表示，符号(s)表示该变化量与磁浮列车的位置s有关。

在第一运行状态下，控制长定子直线电机的定子绕组不通电流，则i_d(s)和i_q(s)恒为0，

和

也恒为0；控制磁浮列车的悬浮线圈(励磁线圈)通电流i_f1，使磁浮列车悬浮到正常高度比如10mm；使用拖车拖着磁浮列车以第一预设速度v₁匀速运行完全线路，同时可用电压传感器测量定子绕组的电压即获得第一组测试值，该电压与磁浮列车在全线路上的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第一组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的交轴电压分量为u_q1(s)。

假设磁浮列车的励磁互感为L_mf(s)，磁链ψ_f(s)＝L_mf(s)i_f1，则式(3)变化为：

则可以计算出全线路随磁浮列车的位置变化的励磁互感：

其中，u_q1(s)与i_f1的比值为一定值，因此，L_mf(s)只与磁浮列车的悬浮高度有关，而与励磁电流i_f1的大小无关。

在第二运行状态下，通过逆变器控制长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为i_d2，交轴电流分量恒定为0，则

和

为0；控制磁浮列车的悬浮线圈(励磁线圈)通电流i_f2，使磁浮列车悬浮到与第一运行状态相同的高度即正常高度，比如10mm；使用拖车拖着磁浮列车以第二预设速度v₂匀速运行完全线路，同时可用电压传感器测量定子绕组的电压即获得第二组测试值，该电压与磁浮列车在全线路上的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第二组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的直轴电压分量u_d2(s)，交轴电压分量为u_q2(s)。

将L_mf(s)、i_d2、u_d2(s)和u_q2(s)代入式(2)和(3)，可得以下方程组：

则可计算出全线路随磁浮列车的位置变化的等效电阻R(s)和等效直轴电感L_d(s)，如下式：

在第三运行状态下，通过逆变器控制长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为0，交轴电流分量恒定为i_q3，则

和

为0；控制磁浮列车的悬浮线圈(励磁线圈)通电流i_f3，使磁浮列车悬浮到与第一运行状态相同的高度即正常高度，比如10mm；使用拖车拖着磁浮列车以第三预设速度v₃匀速运行完全线路，同时可用电压传感器测量定子绕组的电压即获得第三组测试值，该电压与磁浮列车在全线路上的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第三组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的直轴电压分量u_d3(s)。

将L_mf(s)、i_q3和u_d3(s)代入式(2)，可得到以下方程：

则可计算出全线路随磁浮列车的位置变化的等效交轴电感L_q(s)，如下式：

进一步地，以下对旋转永磁同步电机的参数测试过程进行详细说明。在使用到的情况下，对于不同的电机中使用的相同的符号可表示相同或不同的数值。

旋转永磁同步电机的参数测试过程与长定子直线电机的参数测试过程基本相同，可对旋转永磁同步电机的等效直轴电感、等效交轴电感和等效电阻进行全旋转周期的测试。具体地，旋转永磁同步电机的数学模型如下：

其中，u_d(s)为定子绕组的直轴电压，i_d(s)为定子绕组的直轴电流，u_q(s)为定子绕组的交轴电压，i_q(s)为定子绕组的交轴电流，R(s)为等效电阻，L_d(s)直轴等效电感，L_q(s)为交轴等效电感，ω为转子旋转角速度，ψ_f(s)为全旋转周期旋转永磁同步电机产生的磁链，其中符号(s)表示该变化量与转子的位置s有关。

在第一运行状态下，控制旋转永磁同步电机的定子绕组不通电流，则i_d(s)和i_q(s)恒为0，

和

也恒为0；使用对拖电机拖着旋转永磁同步电机以第一预设角速度ω₁匀速旋转，同时可用电压传感器测量旋转永磁同步电机的定子绕组的电压即获得第一组测试值，该电压与转子的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第一组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的交轴电压分量为u_q1(s)。将u_q1(s)和ω₁代入式(11)，可计算出全旋转周期的永磁同步电机的磁链ψ_f(s)：

在第二运行状态下，通过逆变器控制旋转永磁同步电机的定子绕组的直轴电流分量为i_d2，交轴电流分量恒定为0，则

和

为0；使用对拖电机拖着旋转永磁同步电机以第二预设角速度ω₂匀速旋转，同时可用电压传感器测量旋转永磁同步电机的定子绕组的电压即获得第二组测试值，该电压与转子的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第二组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的直轴电压分量u_d2(s)，交轴电压分量为u_q2(s)。

将ψ_f(s)、i_d2、ω₂、u_d2(s)和u_q2(s)代入式(2)和(3)，可得以下方程组：

在第三运行状态下，通过逆变器控制旋转永磁同步电机的定子绕组的直轴电流分量为0，交轴电流分量恒定为i_q3，则

和

为0；使用对拖电机拖着旋转永磁同步电机以第二预设角速度ω₃匀速旋转，同时可用电压传感器测量旋转永磁同步电机的定子绕组的电压即获得第三组测试值，该电压与转子的位置有关且为三相电压。

将定子绕组的第三组测试值通过交直轴变换得到定子绕组的相电压的直轴电压分量u_d3(s)。将ψ_f(s)、i_q3、ω₃和u_d3(s)代入式(2)，可计算得到全旋转周期的交轴电感L_q(s)，如下式：

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一个方面，提供一种电子设备。如图4所示，电子设备400包括存储器410和处理器420。

存储器410用于存储计算机程序。处理器420与存储器410耦接，用于执行存储在存储器410上的计算机程序时实现上述电机参数测试方法的任意一实施例中的步骤。

根据本发明的又一个方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述电机参数测试方法中的任意一实施例中的步骤。

根据本发明的再一个方面，提供一种直线电机的控制方法，该控制方法包括：使用上述电机参数测试方法获取的直线电机的电机参数来控制该直线电机的定子绕组的电压，从而控制磁浮列车的运行。

图5示出了全线路电机参数变化的直线电机的控制***原理图，采用电流环和速度环双闭环控制，在电流环中引入前馈项e_d和e_q，该前馈项与电机参数R(s)、L_d(s)和L_q(s)有关。

具体地，如图6所示，控制方法600中电流环中的交轴电流的控制可包括步骤S610～S630。

其中，步骤S610为：对磁浮列车的运行速度给定值v*及实际运行速度v进行比例积分调节(PI调节)以确定定子绕组所需的交轴电流目标值i_q*。

步骤S620为：对交轴电流目标值i_q*以及定子绕组的实际交轴电流值i_q进行比例积分调节并引入交轴电压前馈项e_q以确定所述定子绕组的交轴电压目标值u_q*。

步骤S630为：基于交轴电压目标值u_q*控制三相逆变器。三相逆变器用于控制直线电机的工作电压，而通过交轴电压目标值u_q*可对三相逆变器中包含的功率器件的导通脉宽(PWM)进行控制，从而到达控制直线电机的目的。

进一步地，当磁浮列车速度较低时，可采用车载测速定位装置来获得实际运行速度v和角度θ，再通过通信设备发送至地面以用于控制直线电机。然而，当磁浮列车速度较高时，车载测速定位***不再适用。对应地，步骤S510还包括：利用扩展反电动势法计算磁浮列车的实际运行速度v。其中，扩展反电动势法依赖于直线电机的等效电阻、直轴等效电感和交轴等效电感等参数。

进一步地，如图7所示，控制方法600中电流环中的交轴电流的控制可包括步骤S640～S650。

步骤S640为：对定子绕组的直轴电流目标值i_d*及其实际直轴电流值i_d进行比例积分调节并引入直轴电压前馈项e_d以确定所述定子绕组的直轴电压目标值i_d*。

步骤S650为：基于直轴电压目标值i_d*控制三相逆变器。结合前述直轴电压目标值u_q*和交轴电压目标值u_q*对三相逆变器中包含的功率器件的导通脉宽(PWM)进行控制，从而到达控制直线电机的目的。

显然，通过本发明提供的电机参数测试方法得到的等效电阻、直轴等效电感和交轴等效电感等参数引入直线电机的控制***中后，特别是在磁浮列车高速运行换步的过程中，电感参数明显变化，大大提高了直线电机的牵引控制性能。

根据本发明的又一个方面，提供一种电子设备。如图8所示，电子设备800包括存储器810和处理器820。

存储器810用于存储计算机程序。处理器820与存储器810耦接，用于执行存储在存储器810上的计算机程序时实现上述直线电机的控制方法的任意一实施例中的步骤。

根据本发明的另一个方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述直线电机的控制方法的任意一实施例中的步骤。

本领域技术人员将领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体***的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电机参数测试方法，适用于长定子直线电机，所述长定子直线电机的转子为磁浮列车，所述电机参数测试方法包括：

确定所述长定子电机的数学模型；

在第一运行状态下，控制所述长定子直线电机的定子绕组不通电流，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以第一预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系以作为第一组测试值；

在第二运行状态下，控制所述长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为第一电流，控制所述定子绕组的交轴电流分量恒定为0，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以第二预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系以作为第二组测试值；

在第三运行状态下，控制所述长定子直线电机的定子绕组的直轴电流分量恒定为0，控制所述定子绕组的交轴电流分量恒定为第二电流，控制所述磁浮列车的励磁线圈通电流以悬浮至正常高度，获取所述磁浮列车在外力拖动下在全线路上以第三预设速度匀速行驶时所述定子绕组的电压相对于所述磁浮列车的位置的变化关系以作为第三组测试值；以及

基于所述三组测试值与所述数学模型确定电机参数，所述电机参数包括等效电阻、等效直轴电感以及等效交轴电感。

2.如权利要求1所述的电机参数测试方法，其特征在于，所述长定子直线电机的数学模型包括其定子绕组的直轴电压表达式和交轴电压表达式，所述直轴电压表达式为

所述交轴电压表达式为

其中，R为等效电阻，L_d直轴等效电感，L_q为交轴等效电感，τ_s为定子极距，ψ_f为所述磁浮列车的励磁线圈产生的磁链，v为所述磁浮列车的速度。

3.如权利要求2所述的电机参数测试方法，其特征在于，所述基于多组测试值及数学模型确定电机参数包括：

基于所述第一运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的交轴电压分量并代入所述交轴电压表达式中以计算出所述磁浮列车的励磁互感以确定所述磁链ψ_f；

基于所述第二运行状态下获取的电压确定所述定子绕组直轴电压分量和交轴电压分量并分别代入所述直轴电压表达式和所述交轴电压表达式中以计算出所述等效电阻R和所述直轴等效电感L_d；以及

基于所述第三运行状态下获取的电压确定所述定子绕组的直轴电压分量并代入所述直轴电压表达式以计算出所述交轴等效电感L_q。

4.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器被用于执行存储在所述存储器上的计算机程序时实现如权利要求1～3中任一项所述的电机参数测试方法的步骤。

5.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的电机参数测试方法的步骤。

6.一种直线电机的控制方法，所述直线电机用于驱动磁浮列车运行，所述控制方法包括：

基于如权利要求1～3中任一项所述的电机参数测试方法获得的电机参数控制所述直线电机的定子绕组的电压。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述直线电机的定子绕组的电压由三相逆变器控制，所述控制方法还包括：

对磁浮列车的运行速度给定值及实际运行速度进行比例积分调节以确定所述定子绕组所需的交轴电流目标值；

对所述交轴电流目标值以及所述定子绕组的实际交轴电流值进行比例积分调节并引入交轴电压前馈项以确定所述定子绕组的交轴电压目标值，所述交轴电压前馈项与所述直线电机的所述电机参数有关；以及

基于所述交轴电压目标值控制所述三相逆变器。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述对磁浮列车的运行速度给定值及实际运行速度进行比例积分调节还包括：

利用扩展反电动势法通过所述电机参数计算磁浮列车的实际运行速度。

9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述直线电机的定子绕组的电压由三相逆变器控制，所述控制方法还包括：

对定子绕组的直轴电流目标值及其实际直轴电流值进行比例积分调节并引入直轴电压前馈项以确定所述定子绕组的直轴电压目标值，所述直轴电压前馈项与所述直线电机的所述电机参数有关；以及

基于所述直轴电压目标值控制所述三相逆变器。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器被用于执行存储在所述存储器上的计算机程序时实现如权利要求6～9中任一项所述的控制方法的步骤。

11.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求6-9中任一项所述的控制方法的步骤。

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