CN113541553B - 永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备 - Google Patents

永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备，其中，该方法包括：在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化；停止对永磁同步电机的加速控制，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化；基于电磁转矩、第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。本方案可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小。

Description

永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备
技术领域
本申请涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备。
背景技术
随着现代工业自动化技术的飞速发展，永磁同步电机因其体积小、效率高、过载能力强、可靠性高、响应速度快等优点，以及高启动力矩、高功率密度、转子转动惯量小等特点，在伺服领域中占有重要位置。伴随着永磁同步电机在伺服领域中应用范围的不断扩大，必然也会使人们对其性能方面的要求不断提高，尤其是跟踪精度和鲁棒性方面。在这种情况下，国内外的学者先后提出了许多控制策略，以优化伺服控制***的设计，但其中大多数控制策略都需要在获知精确的永磁同步电机参数的前提下才能实现。
一般来说，可以直接从永磁同步电机的铭牌上获得该电机的额定参数，但由于在伺服控制***中，对永磁同步电机施加的是PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）方波电压信号，永磁同步电机内会产生一系列谐波电压，再加上永磁同步电机在实际工作中还会受磁路的饱和现象、集肤效应、温升影响、永磁体磁性退化等影响，导致永磁同步电机参数易发生变化。其中，永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数的变化对伺服控制***的动态响应性能影响较大，在准确获知永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数后，可以更新对伺服控制***的控制策略，以减轻永磁同步电机的参数误差对伺服控制***性能的影响。而目前现有技术中对永磁同步电机转动惯量和粘性摩擦系数的测量过程较复杂、计算量较大，不便于在工程上应用和推广，因此，如何更便捷地获取永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种永磁同步电机参数测量方法、装置及控制设备，以更便捷地获取永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。具体技术方案如下：
本申请第一方面的实施例提供了一种永磁同步电机参数测量方法，包括：
在永磁同步电机处于静止状态时，控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化；其中，所述预设转速至少为所述永磁同步电机的额定转速的50%；所述第一数据包括采样时刻以及所述采样时刻对应的所述永磁同步电机的转速值；
停止对所述永磁同步电机的加速控制，使所述永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化；
基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
根据本申请第一方面的实施例提供的永磁同步电机参数测量方法，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量方法，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
在本申请的一些实施例中，所述基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数，包括：
基于所述永磁同步电机的转速值在所述减速过程中从所述预设转速减速至所述预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；
基于所述电磁转矩、所述机械时间常数、所述加速过程中的第一时间段、以及所述第一时间段对应的所述永磁同步电机的转速值变化，利用所述永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；其中，所述第一时间段为：所述加速过程中的第一时刻至所述永磁同步电机的转速值达到所述预设转速时所对应的第二时刻。
在本申请的一些实施例中，所述控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，包括：
通过电流闭环控制所述永磁同步电机保持恒定的交轴电流，以使所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。
在本申请的一些实施例中，在所述基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数之前，所述方法还包括：
基于所述交轴电流、所述预设转速、以及所述永磁同步电机在其转速值达到所述预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到所述永磁同步电机的转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
在本申请的一些实施例中，在所述基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数之前，所述方法还包括：
选取所述永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于所述交轴电流、每个所述不同的时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
基于所述多个待定转矩常数，确定所述永磁同步电机的转矩常数；
基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
本申请第二方面的实施例提供了一种永磁同步电机参数测量装置，包括：
第一记录模块，用于在永磁同步电机处于静止状态时，控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化；其中，所述预设转速至少为所述永磁同步电机的额定转速的50%；所述第一数据包括采样时刻以及所述采样时刻对应的所述永磁同步电机的转速值；
第二记录模块，用于停止对所述永磁同步电机的加速控制，使所述永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化；
计算模块，用于基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
根据本申请第二方面的实施例提供的永磁同步电机参数测量装置，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量装置，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
在本申请的一些实施例中，所述计算模块包括：
第一处理子模块，用于基于所述永磁同步电机的转速值在所述减速过程中从所述预设转速减速至所述预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；
第二处理子模块，用于基于所述电磁转矩、所述机械时间常数、所述加速过程中的第一时间段、以及所述第一时间段对应的所述永磁同步电机的转速值变化，利用所述永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；其中，所述第一时间段为：所述加速过程中的第一时刻至所述永磁同步电机的转速值达到所述预设转速时所对应的第二时刻。
在本申请的一些实施例中，所述第一记录模块包括：
控制子模块，用于通过电流闭环控制所述永磁同步电机保持恒定的交轴电流，以使所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。
在本申请的一些实施例中，所述装置还包括：
第一获取模块，用于基于所述交轴电流、所述预设转速、以及所述永磁同步电机在其转速值达到所述预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到所述永磁同步电机的转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
第二获取模块，用于基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
在本申请的一些实施例中，所述装置还包括：
采样模块，用于选取所述永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于所述交轴电流、每个所述不同的时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
确定模块，用于基于所述多个待定转矩常数，确定所述永磁同步电机的转矩常数；
获取模块，用于基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
本申请第三方面的实施例提供了一种控制设备，包括：处理器和存储器，其中，
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现本申请第一方面的实施例提供的方法。
根据本申请第三方面的实施例提供的控制设备，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的控制设备，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
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，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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实施例。
图1为本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量方法的一种流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种永磁同步电机在加速过程中、以及减速过程中的转速随时间的变化曲线示意图；
图3为本申请实施例提供的一种永磁同步电机参数测量装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请第一方面的实施例提供了一种永磁同步电机参数测量方法，以下方法实施例中的各个步骤按照合乎逻辑的顺序执行即可，步骤标号或者对各步骤进行介绍的先后顺序，并不对各步骤的执行顺序构成限定。
参考图1所示，为本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量方法的一种流程示意图，该方法包括：
S110：在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化；
S120：停止对永磁同步电机的加速控制，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化；
S130：基于电磁转矩、第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
其中，预设转速至少为永磁同步电机的额定转速的50%；第一数据包括采样时刻以及采样时刻对应的永磁同步电机的转速值。举例来说，可以每隔一段预设时长记录一次第一数据，每次记录的采样时刻可以表示为在执行S110的瞬间从零开始计时至该次记录的瞬间所对应的时长，每次记录的永磁同步电机的转速值即为永磁同步电机的转速在该次记录的采样时刻所达到的转速值。
根据本申请第一方面的实施例提供的永磁同步电机参数测量方法，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量方法，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
在本申请的一些实施例中，S130包括：基于永磁同步电机的转速值在减速过程中从预设转速减速至该预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；基于电磁转矩、机械时间常数、加速过程中的第一时间段、以及第一时间段对应的永磁同步电机的转速值变化，利用永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；其中，第一时间段为：加速过程中的第一时刻至永磁同步电机的转速值达到预设转速时所对应的第二时刻。
一种情况下，可以参考图2所示，将记录的第一数据绘制成曲线图，以更清楚地体现永磁同步电机在加速过程中、以及减速过程中的转速随时间的变化情况。举例来说，永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程可以表示为如下公式（1）及公式（2）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 295864DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示永磁同步电机的转动惯量；
Figure 478584DEST_PATH_IMAGE004
表示永磁同步电机的粘性摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示永磁同步电机的电磁转矩；
Figure 399267DEST_PATH_IMAGE006
表示永磁同步电机的机械时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示永磁同步电机的转速值；
Figure 932492DEST_PATH_IMAGE008
表示加速过程中的任一时间段；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示
Figure 887809DEST_PATH_IMAGE008
对应的永磁同步电机的转速值变化；
Figure 913534DEST_PATH_IMAGE010
表示负载转矩，本申请实施例中的负载转矩恒为零，即本申请实施例是在永磁同步电机处于空载情况下测量永磁同步电机的参数，若实际应用中永磁同步电机存在负载，则根据已知的负载数据计算出负载转矩代入以上公式（1）即可，此处不再赘述。
结合以上公式（1）及公式（2），在电磁转矩
Figure 259196DEST_PATH_IMAGE005
及负载转矩
Figure 785992DEST_PATH_IMAGE010
恒定的情况下，两边可同时积分得到如下公式（3）所示的转动惯量计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（3）
其中，
Figure 595816DEST_PATH_IMAGE012
表示加速过程中的第一时间段；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示第一时间段对应的永磁同步电机的转速值变化；
Figure 868141DEST_PATH_IMAGE014
表示第一时刻，可以理解为永磁同步电机加速过程中的任一采样时刻；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示第一时刻对应的永磁同步电机的转速值；
Figure 28995DEST_PATH_IMAGE016
表示第二时刻，即永磁同步电机的转速值达到预设转速时所对应的采样时刻；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示第二时刻对应的永磁同步电机的转速值（即预设转速）；其余参数可参考公式（1）和公式（2）中的各参数说明，此处不再赘述。
基于第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化，可以在永磁同步电机加速过程中任选一采样时刻作为第一时刻
Figure 31586DEST_PATH_IMAGE014
，从而确定第一时间段以及第一时间段对应的永磁同步电机的转速值变化；基于第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化，可以将永磁同步电机的转速值在减速过程中从预设转速减速至该预设转速的37%所经历的总时长确定为机械时间常数
Figure 633600DEST_PATH_IMAGE006
；基于该机械时间常数
Figure 125761DEST_PATH_IMAGE006
、以及确定的第一时间段和第一时间段对应的永磁同步电机的转速值变化，结合已知的电磁转矩
Figure 446015DEST_PATH_IMAGE005
及负载转矩
Figure 49035DEST_PATH_IMAGE010
，利用以上公式（3）即可计算得到永磁同步电机的转动惯量
Figure 895768DEST_PATH_IMAGE003
。进一步地，将机械时间常数
Figure 41054DEST_PATH_IMAGE006
、以及计算得到的转动惯量
Figure 97872DEST_PATH_IMAGE003
代入以上公式（2），即可计算得到永磁同步电机的粘性摩擦系数
Figure 255315DEST_PATH_IMAGE004
。
在本申请的一些实施例中，可以通过电流闭环控制永磁同步电机保持恒定的交轴（永磁同步电机中与磁极轴线垂直的轴，也称Q轴）电流，以使永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。参考如下公式（4）所示，永磁同步电机的电磁转矩与其交轴电流的对应关系为：
Figure 81189DEST_PATH_IMAGE018
（4）
其中，T e 表示永磁同步电机的电磁转矩；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示永磁同步电机的交轴电流；
Figure 869147DEST_PATH_IMAGE020
表示永磁同步电机的转矩常数。根据以上公式（4）可知，控制交轴电流
Figure 147682DEST_PATH_IMAGE019
的值恒定不变即可控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩
Figure 108816DEST_PATH_IMAGE005
加速。
举例来说，一种情况下，如果转矩常数
Figure 789196DEST_PATH_IMAGE020
可以直接通过查找电机手册获得，可以理解的，根据以上公式（4），将期望的电磁转矩值代入即可计算得到一参考电流值，进一步地，则可利用现有的电流闭环控制方法，控制永磁同步电机的实际交轴电流大小与该参考电流值保持一致，以便于控制永磁同步电机的电磁转矩恒为期望的电磁转矩值不变。
另一种情况下，如果转矩常数
Figure 935006DEST_PATH_IMAGE020
无法直接通过查找电机手册获得，则可以利用现有的电流闭环控制方法，控制永磁同步电机保持任一可带动其自身加速旋转的交轴电流
Figure 183060DEST_PATH_IMAGE019
的值不变，以实现控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速，这种情况下，在执行S130之前，该方法还可以包括以下步骤：基于交轴电流、预设转速、以及永磁同步电机在其转速值达到该预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到永磁同步电机的转矩常数；其中，两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，两相电流值包括两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；基于该转矩常数、以及该交轴电流，计算得到电磁转矩。
具体地，根据瞬时功率理论，电磁功率
Figure DEST_PATH_IMAGE021
可以表示为如下公式（5）所示：
Figure 10202DEST_PATH_IMAGE022
（5）
其中，T e 表示永磁同步电机的电磁转矩；
Figure 92559DEST_PATH_IMAGE007
表示永磁同步电机的转速值；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 346954DEST_PATH_IMAGE024
分别表示永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴相电压、β轴相电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 803343DEST_PATH_IMAGE026
分别表示永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴相电流、β轴相电流。其中，
Figure 103350DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 492743DEST_PATH_IMAGE024
的值可由SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）的输入值代替。
结合公式（4）和公式（5），在电磁转矩
Figure 855722DEST_PATH_IMAGE005
及负载转矩
Figure 330566DEST_PATH_IMAGE010
恒定的情况下，可以预先构建该永磁同步电机的转矩常数表达式如下公式（6）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
（6）
其中，
Figure 640455DEST_PATH_IMAGE020
表示永磁同步电机的转矩常数；
Figure 149934DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
分别表示永磁同步电机在其转速值达到预设转速时（即第二时刻）所对应的两相静止坐标系下的α轴相电压值、β轴相电压值；
Figure 480553DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE031
分别表示永磁同步电机在第二时刻所对应的两相静止坐标系下的α轴相电流值、β轴相电流值；
Figure 682774DEST_PATH_IMAGE032
表示永磁同步电机在第二时刻所对应的交轴电流值（即测量过程中保持恒定的可带动永磁同步电机加速旋转的交轴电流
Figure 576781DEST_PATH_IMAGE019
值）；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
表示永磁同步电机在第二时刻对应的永磁同步电机的转速值（即预设转速）。将以上各项值代入该预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式中，即可获得永磁同步电机的转矩常数。可见，通过本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量方法，还可以实现对永磁同步电机的转矩常数的辨识。
一种情况下，如上公式（6）所示的永磁同步电机的转矩常数表达式中，
Figure 160340DEST_PATH_IMAGE016
还可以替换为第一时刻
Figure 583231DEST_PATH_IMAGE014
（即在永磁同步电机加速过程中的任一采样时刻），则相应地，预设转速
Figure 48979DEST_PATH_IMAGE033
、以及永磁同步电机在其转速值达到该预设转速时所对应的两相电压值
Figure 746676DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 715900DEST_PATH_IMAGE029
和两相电流值
Figure 716217DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 652949DEST_PATH_IMAGE031
均替换为该第一时刻
Figure 636561DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机的转速值
Figure 975139DEST_PATH_IMAGE034
、以及该第一时刻
Figure 21723DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 649014DEST_PATH_IMAGE036
和两相电流值
Figure DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 501563DEST_PATH_IMAGE038
，基于永磁同步电机的交轴电流
Figure 445380DEST_PATH_IMAGE019
值、该第一时刻
Figure 787499DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机的转速值
Figure 698824DEST_PATH_IMAGE034
、以及该第一时刻
Figure 758659DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机的两相电压值
Figure DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 540670DEST_PATH_IMAGE036
和两相电流值
Figure 929057DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 796519DEST_PATH_IMAGE038
，计算得到永磁同步电机的转矩常数
Figure 928554DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步地，还可以选取永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于交轴电流、每个时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，两相电流值包括该两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；基于多个待定转矩常数，确定永磁同步电机的转矩常数。
举例来说，第一数据除了包括采样时刻以及该采样时刻对应的永磁同步电机的转速值以外，还可以包括该采样时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，这种情况下，可以基于实时记录的第一数据，任意选取多个不同的第一时刻
Figure 96230DEST_PATH_IMAGE014
（即在永磁同步电机加速过程中的任一采样时刻），可以理解的，基于每个第一时刻
Figure 655519DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机的转速值
Figure 151222DEST_PATH_IMAGE034
、以及该第一时刻
Figure 70637DEST_PATH_IMAGE014
对应的永磁同步电机的两相电压值
Figure 840622DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 820079DEST_PATH_IMAGE036
和两相电流值
Figure 944024DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 542496DEST_PATH_IMAGE038
，均可利用预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式计算得到一个
Figure 419185DEST_PATH_IMAGE020
值作为待定转矩常数，也就是一个不同的时刻对应得到一个待定转矩常数，进而得到多个待定转矩常数，比如共在永磁同步电机加速过程中选取100个不同的
Figure 585855DEST_PATH_IMAGE014
时刻，则对应地可得到100个
Figure 915206DEST_PATH_IMAGE020
值（可能包含数值相同的
Figure 192734DEST_PATH_IMAGE020
值）作为待定转矩常数；基于多个待定转矩常数，可以取该多个待定转矩常数的平均值作为最终确定的永磁同步电机的转矩常数，或对该多个待定转矩常数进行曲线拟合以确定永磁同步电机的转矩常数，从而提高对永磁同步电机的转矩常数的辨识准确度。
再进一步地，将最终确定的永磁同步电机的转矩常数、以及永磁同步电机在测量过程中所保持的该恒定的交轴电流
Figure 799296DEST_PATH_IMAGE019
值代入公式（4），即可得到永磁同步电机在测量过程中所保持的该恒定的电磁转矩值，以便于S130基于该电磁转矩值、以及第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化、第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化再进一步计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
与图1方法实施例相对应，参考图3所示，本申请第二方面的实施例还提供了一种永磁同步电机参数测量装置，包括：
第一记录模块310，用于在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化；
第二记录模块320，用于停止对永磁同步电机的加速控制，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化；
计算模块330，用于基于电磁转矩、第一数据在永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及第一数据在永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
其中，预设转速至少为永磁同步电机的额定转速的50%；第一数据包括采样时刻以及采样时刻对应的永磁同步电机的转速值。
关于上述各个步骤的具体实现以及相关解释内容可以参考上面图1所示的方法实施例，在此不做赘述。
根据本申请第二方面的实施例提供的永磁同步电机参数测量装置，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的永磁同步电机参数测量装置，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
在本申请的一些实施例中，计算模块330包括：第一处理子模块（图中未示出），用于基于永磁同步电机的转速值在减速过程中从预设转速减速至该预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；第二处理子模块（图中未示出），用于基于电磁转矩、机械时间常数、加速过程中的第一时间段、以及第一时间段对应的永磁同步电机的转速值变化，利用永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。
其中，第一时间段为：加速过程中的第一时刻至永磁同步电机的转速值达到预设转速时所对应的第二时刻。关于上述各个步骤的具体实现以及相关解释内容可以参考上面图1所示的方法实施例，在此不做赘述。
在本申请的一些实施例中，第一记录模块310包括：控制子模块（图中未示出），用于通过电流闭环控制永磁同步电机保持恒定的交轴电流，以使永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。
在本申请的一些实施例中，该永磁同步电机参数测量装置还可以包括：第一获取模块（图中未示出），用于基于交轴电流、预设转速、以及永磁同步电机在其转速值达到该预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到永磁同步电机的转矩常数；其中，两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，两相电流值包括两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；第二获取模块（图中未示出），用于基于该转矩常数、以及该交轴电流，计算得到该电磁转矩。以实现对永磁同步电机的转矩常数的辨识，同时为计算模块提供永磁同步电机在测量过程中所保持的该恒定的电磁转矩值。
在本申请的一些实施例中，该永磁同步电机参数测量装置还可以包括：采样模块（图中未示出），用于选取永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于交轴电流、每个不同的时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，两相电流值包括两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；确定模块（图中未示出），用于基于多个待定转矩常数，确定永磁同步电机的转矩常数；获取模块（图中未示出），用于基于转矩常数、以及交轴电流，计算得到电磁转矩。以更准确地获得永磁同步电机的转矩常数值，同时为计算模块提供永磁同步电机在测量过程中所保持的该恒定的电磁转矩值。
本申请第三方面的实施例还提供了一种控制设备，如图4所示，包括处理器401和存储器402，其中，
存储器402，用于存放计算机程序；
处理器401，用于执行存储器402上所存放的程序时，实现如上述图1所示实施例中提供的永磁同步电机参数测量方法。
根据本申请第三方面的实施例提供的控制设备，在永磁同步电机处于静止状态时，控制永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速后停止加速，使永磁同步电机在外界摩擦力的作用下自由减速至静止状态，即可根据在加速过程及减速过程中记录的数据变化计算得到永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数。可见，应用本申请实施例提供的控制设备，可以在永磁同步电机离线的情况下对其转动惯量和粘性摩擦系数进行测量，且操作较简单、计算量较小，更适于在工程上应用和推广。
上述存储器可以包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器。一种情况下，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包括，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和控制设备而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包括在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，包括：
在永磁同步电机处于静止状态时，控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化；其中，所述预设转速至少为所述永磁同步电机的额定转速的50%；所述第一数据包括采样时刻以及所述采样时刻对应的所述永磁同步电机的转速值；
停止对所述永磁同步电机的加速控制，使所述永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化；
基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数，包括：
基于所述永磁同步电机的转速值在所述减速过程中从所述预设转速减速至所述预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；
基于所述电磁转矩、所述机械时间常数、所述加速过程中的第一时间段、以及所述第一时间段对应的所述永磁同步电机的转速值变化，利用所述永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；其中，所述第一时间段为：所述加速过程中的第一时刻至所述永磁同步电机的转速值达到所述预设转速时所对应的第二时刻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，包括：
通过电流闭环控制所述永磁同步电机保持恒定的交轴电流，以使所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数之前，所述方法还包括：
基于所述交轴电流、所述预设转速、以及所述永磁同步电机在其转速值达到所述预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到所述永磁同步电机的转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数之前，所述方法还包括：
选取所述永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于所述交轴电流、每个所述不同的时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
基于所述多个待定转矩常数，确定所述永磁同步电机的转矩常数；
基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
5.一种永磁同步电机参数测量装置，其特征在于，包括：
第一记录模块，用于在永磁同步电机处于静止状态时，控制所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速，并记录第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化；其中，所述预设转速至少为所述永磁同步电机的额定转速的50%；所述第一数据包括采样时刻以及所述采样时刻对应的所述永磁同步电机的转速值；
第二记录模块，用于停止对所述永磁同步电机的加速控制，使所述永磁同步电机在外界摩擦力的作用下减速至静止状态，并记录所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化；
计算模块，用于基于所述电磁转矩、所述第一数据在所述永磁同步电机加速过程中的数值变化、以及所述第一数据在所述永磁同步电机减速过程中的数值变化，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；
所述计算模块包括：第一处理子模块，用于基于所述永磁同步电机的转速值在所述减速过程中从所述预设转速减速至所述预设转速的37%所经历的总时长，确定机械时间常数；
第二处理子模块，用于基于所述电磁转矩、所述机械时间常数、所述加速过程中的第一时间段、以及所述第一时间段对应的所述永磁同步电机的转速值变化，利用所述永磁同步电机的机械运动方程及机械时间常数方程，计算得到所述永磁同步电机的转动惯量和粘性摩擦系数；其中，所述第一时间段为：所述加速过程中的第一时刻至所述永磁同步电机的转速值达到所述预设转速时所对应的第二时刻。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一记录模块包括：
控制子模块，用于通过电流闭环控制所述永磁同步电机保持恒定的交轴电流，以使所述永磁同步电机以恒定的电磁转矩加速至预设转速。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一获取模块，用于基于所述交轴电流、所述预设转速、以及所述永磁同步电机在其转速值达到所述预设转速时所对应的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到所述永磁同步电机的转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
第二获取模块，用于基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
采样模块，用于选取所述永磁同步电机加速过程中的多个不同的时刻，并基于所述交轴电流、每个所述不同的时刻对应的永磁同步电机的转速值、以及该时刻对应的永磁同步电机的两相电压值和两相电流值，利用预先构建的所述永磁同步电机的转矩常数表达式，计算得到多个待定转矩常数；其中，所述两相电压值包括两相静止坐标系下的α轴相电压值和β轴相电压值，所述两相电流值包括所述两相静止坐标系下的α轴相电流值和β轴相电流值；
确定模块，用于基于所述多个待定转矩常数，确定所述永磁同步电机的转矩常数；
获取模块，用于基于所述转矩常数、以及所述交轴电流，计算得到所述电磁转矩。
9.一种控制设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，其中，
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1至4中任一项所述的方法。
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