CN113452296B - 三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***及方法 - Google Patents
三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***及方法,***包括:直流电源、三相IGBT逆变桥、表贴式永磁同步电机、电机负载和LC滤波电路;直流电源与三相IGBT逆变桥的输入端电气连接;三相IGBT逆变桥的输出端与LC滤波电路的输入端电气连接;LC滤波电路的输出端与表贴式永磁同步电机电气连接;表贴式永磁同步电机与负载通过联轴器连接;三相IGBT逆变桥控制采用芯片DSP。方法为:依次辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf、定子电阻Rs和定子电感Ls。本发明提供了一种三相逆变器带LC滤波器接表贴式永磁同步电机情况下的参数辨识方法,该方法在完成电机参数辨识后,可以用于转速和位置估算、转矩估算或闭环控制。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域,尤其涉及一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***及方法。
背景技术
为了电机控制的性能,通常需要辨识永磁同步电机的参数,传统方法中,没有LC滤波器的变频器中参数辨识的方法较多,然而在带LC滤波器的三相逆变器带永磁同步电机***中,很多变频器参数辨识的方法并不适应带LC滤波器的这个***。
因此,如何完成一种在三相逆变器带LC滤波器情况下接表贴式永磁同步电机的参数辨识,显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此,针对以上技术缺陷,本发明提出了一种参数辨识的方法可以在三相逆变器带LC滤波器接表贴式永磁同步电机时辨识电机的参数。电机的参数辨识完成之后,可以用作转速和位置估算算法,可以用作转矩估算,可以用于作闭环控制。
本发明提供了一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***及方法,***包括:直流电源、三相IGBT逆变桥、表贴式永磁同步电机、电机负载和LC滤波电路;所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C;
所述直流电源与所述三相IGBT逆变桥的输入端电气连接;所述三相IGBT逆变桥的输出端与所述LC滤波电路的输入端电气连接;所述LC滤波电路的输出端与所述表贴式永磁同步电机电气连接;表贴式永磁同步电机与负载通过联轴器连接;
所述三相IGBT逆变桥控制采用芯片DSP。
一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识方法,具体包括:
依次辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf、定子电阻Rs和定子电感Ls。
进一步地,辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf的具体过程如下:
S101:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥按照VF曲线控制输出;
S102:当永磁同步电机转速超过电机额定转速50%时,使三相IGBT逆变桥停机,此时检测三相IGBT逆变桥电流幅值;
S103:当三相IGBT逆变桥的电流幅值为0时,对三相IGBT逆变桥的三相电压voa,vob,voc进行检测;
S104:三相电压voa,vob,voc经过CLARK变换,得到两相静止坐标系αβ坐标系下的uoα,uoβ;
S105:将uoα,uoβ经过反正切变换,得到永磁同步电子转子磁极位置θe;
S106:根据转子磁极位置θe计算得到转子角频率we;
S107:根据转子角频率we计算得到永磁体磁链ψf。
进一步地,辨识表贴式永磁同步电机定子电阻Rs的具体过程为:
S201:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥三个桥臂中的一个桥臂不工作,同时使另外两个桥臂工作在BUCK状态;
S202:利用所述芯片DSP控制流入永磁同步电机的直流电流,并检测永磁同步电机的端电压,通过欧姆定律计算出三相IGBT逆变桥中两相电阻之和;
S203:切换不工作的桥臂,重复步骤S101-S102,从而计算出定子电阻Rs。
辨识表贴式永磁同步电机定子电感Ls的具体过程为:
S301:所述芯片DSP采用电流闭环恒流控制,使永磁同步电机转速达到额定转速的50%;
S302:将永磁同步电机在αβ坐标系下的定子磁链方程带入到永磁同步电机在αβ坐标系下的转子磁链方程,并消去转子磁极位置,得到关于定子电感Ls的一元二次方程;
S303:对一元二次方程求解得到定子电感Ls的两个解;
S304:将两个解分别带入转子磁极位置的计算式中,得到两个转子磁极位置;
S305:利用转子磁极位置,反解得到两个转子磁链方程,两个转子磁链方程中,其中成立的一个对应的定子电感,即为最终真实的定子电感。
本发明的有益效果是:提供了一种再三相逆变器带LC滤波器接表贴式永磁同步电机情况下的参数辨识方法,该方法在完成电机参数辨识后,还可以用于转速和位置估算、转矩估算或闭环控制。
附图说明
图1是本发明三相逆变器带表贴式永磁同步电机的***结构图;
图2是本发明电机定子电阻辨识的控制框图;
图3是电机永磁体转子磁链辨识曲线图;
图4是电子相电阻辨识曲线图;
图5是电子定子电感辨识曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1,一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***,包括以下:
直流电源、三相IGBT逆变桥、表贴式永磁同步电机、电机负载和LC滤波电路;所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C;
所述直流电源与所述三相IGBT逆变桥的输入端电气连接;所述三相IGBT逆变桥的输出端与所述LC滤波电路的输入端电气连接;所述LC滤波电路的输出端与所述表贴式永磁同步电机电气连接;表贴式永磁同步电机与负载通过联轴器连接;
所述三相IGBT逆变桥控制采用芯片DSP。
一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识方法,具体包括:
依次辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf、定子电阻Rs和定子电感Ls。
辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf的具体过程如下:
S101:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥按照VF曲线控制输出;此时永磁同步电机会按照三相逆变器的输出电压频率转动;
S102:当永磁同步电机转速超过电机额定转速50%时,使三相IGBT逆变桥停机,此时检测三相IGBT逆变桥电流幅值;
S103:当三相IGBT逆变桥的电流幅值为0时,对三相IGBT逆变桥的三相电压voa,vob,voc进行检测;该电压即为永磁同步电机的反电势;
S104:三相电压voa,vob,voc经过CLARK变换,得到两相静止坐标系αβ坐标系下的uoα,uoβ;该电压即为永磁同步电机在αβ坐标系下的反电势;结合永磁同步电机的数学模型,可以表示为:
其中表贴式永磁同步电机在两相静止坐标系αβ坐标系下的数学模型为:
式中,uα,uβ为永磁同步电机在两相静止坐标系αβ坐标系下的电压分量,iα,iβ为永磁同步电机在两相静止坐标系αβ坐标系下的电流分量,we为永磁同步电机转子角频率,θe为永磁同步电机转子磁极位置;
S105:将uoα,uoβ经过反正切变换,得到永磁同步电子转子磁极位置θe;
θe=atan2(-uoα,uoβ);
S106:根据转子磁极位置θe计算得到转子角频率we;
S107:根据转子角频率we计算得到永磁体磁链ψf。
辨识表贴式永磁同步电机定子电阻Rs的具体过程为:
S201:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥三个桥臂中的一个桥臂不工作,同时使另外两个桥臂工作在BUCK状态;
S202:利用所述芯片DSP控制流入永磁同步电机的直流电流,并检测永磁同步电机的端电压,通过欧姆定律计算出三相IGBT逆变桥中两相电阻之和;
S203:切换不工作的桥臂,重复步骤S101-S102,从而计算出定子电阻Rs。
具体实现过程请参考图2。
图2中为C相桥臂IGBT全部封锁,A相桥臂的下管IGBT封锁,B相桥臂的上管IGBT封锁,A相桥臂的上管IGBT和B相桥臂的下管IGBT同时开通或者关断,根据A相输出电流的闭环控制A相桥臂的上管IGBT和B相桥臂的下管IGBT同时开通的占空比,实现直流电压输出,通过检测A相和B相输出线电压和流入电机A相的电流,即可根据欧姆定律计算出电机A相和B相的相电阻总和。同理,将B相桥臂IGBT全部封锁,A相和C相按照上述方式工作,可以求出A相和C相的相电阻总和,将A相桥臂IGBT全部封锁,B相和C相按照上述方式工作,可以求出B相和C相的相电阻总和。关系式如下:
式中,Rsa,Rsb,Rsc分别为永磁同步电机的A相电阻,B相电阻,C相电阻,vab为C相桥臂全封锁状态,AB两相工作的直流电压输出,ia为此时的电机A相电流;vbc为A相桥臂全封锁状态,BC两相工作的直流电压输出,ib为此时的电机B相电流;vca为B相桥臂全封锁状态,AC两相工作的直流电压输出,ic为此时的电机C相电流。
由于三次控制直流电压输出的电流是一定的,电流反馈跟随电流给定,因此只需要将直流电流给定值Iset代入进行计算即可。
计算可以得到电机各相相电阻值:
永磁同步电机定子电阻Rs可以表示为:
辨识表贴式永磁同步电机定子电感Ls的具体过程为(此时永磁同步电机的永磁体磁链ψf和定子电阻Rs已经辨识完成):
S301:所述芯片DSP采用电流闭环恒流控制,使永磁同步电机转速达到额定转速的50%;
S302:将永磁同步电机在αβ坐标系下的定子磁链方程带入到永磁同步电机在αβ坐标系下的转子磁链方程,并消去转子磁极位置,得到关于定子电感Ls的一元二次方程;
永磁同步电机在αβ坐标系下的定子磁链方程为:
代入到表贴式永磁同步电机在αβ坐标系下的转子磁链方程:
消去转子磁极位置θe,可以得到等式关系:
整理得到关于Ls的一元二次方程:
S303:对一元二次方程求解得到定子电感Ls的两个解;
求解得:
可知,定子电感解方程得到两个值,即
S304:将两个解分别带入转子磁极位置的计算式中,得到两个转子磁极位置;
S305:利用转子磁极位置,反解得到两个转子磁链方程,两个转子磁链方程中,其中成立的一个对应的定子电感,即为最终真实的定子电感。
已知永磁同步电机转子磁链方程为
求出转子磁极位置θe,可以得到
θe=atan2(ψsβ-Lsiβ,ψsα-Lsiα)
θe∈[0,2π)
将Ls1和Ls2分别代入,求出分别对应的转子磁极位置,设为θe1和θe2,再代入到磁链方程式,看哪个方程式满足,如果磁链方程式成立,则Ls1为真实的定子电感;如果成立,则Ls2为真实的定子电感。永磁同步电机的定子电感辨识完毕。
本发明提供一种实施例如下:
永磁同步电机电机参数设定为:额定功率3kW,额定电压167V,额定电流6A,额定频率100Hz,额定转速1500rpm,额定转矩19Nm,电机极对数4,电机定子电阻1.5Ω,D轴电感7.5mH,Q轴电感7.5mH,转动惯量0.01kg.m2,摩擦系数0.0001N.m.s,永磁体磁链0.36Wb,表贴式电机。
请参考图3-图5;图3是电机永磁体转子磁链辨识曲线图;图4是电机定子电阻辨识曲线图;图5是电机定子电感辨识曲线图。从图中可以看出,本发明完成了对电机参数的辨识。
本发明的有益效果是:提供了一种再三相逆变器带LC滤波器接表贴式永磁同步电机情况下的参数辨识方法,该方法在完成电机参数辨识后,可以用于转速和位置估算、转矩估算或闭环控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识方法,应用于一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识***,***包括:直流电源、三相IGBT逆变桥、表贴式永磁同步电机和电机负载,LC滤波电路;所述LC滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C;
所述直流电源与所述三相IGBT逆变桥的输入端电气连接;所述三相IGBT逆变桥的输出端与所述LC滤波电路的输入端电气连接;所述LC滤波电路的输出端与所述表贴式永磁同步电机电气连接;表贴式永磁同步电机与负载通过联轴器连接;
所述三相IGBT逆变桥控制采用芯片DSP,其特征在于:方法为:依次辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf、定子电阻Rs和定子电感Ls;
辨识表贴式永磁同步电机永磁体磁链ψf的具体过程如下:
S101:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥按照VF曲线控制输出;
S102:当永磁同步电机转速超过电机额定转速50%时,使三相IGBT逆变桥停机,此时检测三相IGBT逆变桥电流幅值;
S103:当三相IGBT逆变桥的电流幅值为0时,对三相IGBT逆变桥的三相电压voa,vob,voc进行检测;
S104:三相电压voa,vob,voc经过CLARK变换,得到两相静止坐标系αβ坐标系下的uoα,uoβ;
S105:将uoα,uoβ经过反正切变换,得到永磁同步电子转子磁极位置θe;
S106:根据转子磁极位置θe计算得到转子角频率we;
S107:根据转子角频率we计算得到永磁体磁链ψf:
2.如权利要求1所述的一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识方法,其特征在于:辨识表贴式永磁同步电机定子电阻Rs的具体过程为:
S201:利用所述芯片DSP控制三相IGBT逆变桥三个桥臂中的一个桥臂不工作,同时使另外两个桥臂工作在BUCK状态;
S202:利用所述芯片DSP控制流入永磁同步电机的直流电流,并检测永磁同步电机的端电压,通过欧姆定律计算出三相IGBT逆变桥中两相电阻之和;
S203:切换不工作的桥臂,重复步骤S101-S102,从而计算出定子电阻Rs。
3.如权利要求2所述的一种三相逆变器带表贴式永磁同步电机的参数辨识方法,其特征在于:辨识表贴式永磁同步电机定子电感Ls的具体过程为:
S301:所述芯片DSP采用电流闭环恒流控制,使永磁同步电机转速达到额定转速的50%;
S302:将永磁同步电机在αβ坐标系下的定子磁链方程带入到永磁同步电机在αβ坐标系下的转子磁链方程,并消去转子磁极位置,得到关于定子电感Ls的一元二次方程;
S303:对一元二次方程求解得到定子电感Ls的两个解;
S304:将两个解分别带入转子磁极位置的计算式中,得到两个转子磁极位置;
S305:利用转子磁极位置,反解得到两个转子磁链方程,两个转子磁链方程中,其中成立的一个对应的定子电感,即为最终真实的定子电感。
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