CN114006558A - 仅知单参数的电机参数在线辨识方法 - Google Patents

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Abstract

仅知单参数的电机参数在线辨识方法，从电流传感器得到的各相电流，并经过矢量控制坐标变换，将电机物理模型等效为直流电机模型，再利用遗忘因子最小二乘递推法，只需获取任意一个电机参数即可对电机进行在线参数辨识。将其电机输入变量进行离散化处理，确定输入与输出变量的关系，解算得到多个待辨识矩阵，已知任意一个电机参数可以避免矩阵中的待辨识参数之间的耦合，通过对多个待辨识矩阵的解析实现对电机的交直轴电感、定子电阻与磁链等多个参数的辨识。本发明可在获取最少电机信息的情况下，对其控制所需的多个参数进行高效、快速地在线辨识，提高电机***控制性能和效率，也可用于电机的无位置传感器控制，提升电机***的鲁棒性和安全性。

Description

仅知单参数的电机参数在线辨识方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种电机参数在线辨识方法。
背景技术
由于我国对于电机出厂参数的标定没有一个统一的国家标准，很多电机在出厂后的参数存在错误以及误差，且电机在运行过程中随着温度的变化，各项参数也会发生变化，这严重影响了电机的***稳定性。然而，在很多特殊的应用场合，无法对电机进行离线测量其参数时，进行在线参数辨识就显得尤为重要，本发明中将从获取任意一个已知电机参数对电机进行在线参数辨识，结合遗忘因子最小二乘法。实现对电机的交直轴电感、定子电阻与磁链等多个参数进行辨识。本发明优点在于获取最少电机信息的情况下，对其多个参数进行在线辨识，实际工程中也可代替电机位置传感器获取电角度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种仅知单参数的电机参数在线辨识方法，不仅算法简单，运算速度快、适用面广，而且能够提高参数的辨识精度与相应速度。
本发明的技术方案是：仅知单参数的电机参数在线辨识方法，其特征在于，在实际运行中仅获取任意一个参数，就可以对电机进行在线参数辨识，以三相电机为例的具体步骤如下，其他相数电机也是类似处理：
1)通过电流传感器实时采集各相电流，将采集到的电流通过坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对所述直轴电流id和交轴电流iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制器，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq。
Figure BDA0003238377930000021
然后，建立器电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure BDA0003238377930000022
Figure BDA0003238377930000023
2)利用任意一个电机参数结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识。
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示：
Figure BDA0003238377930000024
式中
Figure BDA0003238377930000025
表示待辨识参数，α为遗忘因子，y为输出变量，
Figure BDA0003238377930000026
为输入变量，P为协方差矩阵，K为增益矩阵。下文中的Ld、Lq为电机的dq轴电感，Rs为电机定子电阻，ωe为电机电角速度，Ψf为电机永磁磁链。
在电机控制***中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式(1-4)得到所需的矢量控制参数id(t)、iq(t)、ud(t)、uq(t)、ωe(t)。
离散变换后：
Figure BDA0003238377930000031
Figure BDA0003238377930000032
推导得到：
Figure BDA0003238377930000033
Figure BDA0003238377930000034
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知ωe时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000035
Figure BDA0003238377930000036
Figure BDA0003238377930000037
Figure BDA0003238377930000038
yd(t)＝id(t) (13)
yq(t)＝iq(t) (14)
Figure BDA0003238377930000041
Figure BDA0003238377930000042
Figure BDA0003238377930000043
Figure BDA0003238377930000044
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电阻R时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000045
Figure BDA0003238377930000046
Figure BDA0003238377930000047
Figure BDA0003238377930000048
Figure BDA0003238377930000051
Figure BDA0003238377930000052
Figure BDA0003238377930000053
Figure BDA0003238377930000054
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电感Ld时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000055
Figure BDA0003238377930000056
Figure BDA0003238377930000057
Figure BDA0003238377930000058
Figure BDA0003238377930000059
Figure BDA0003238377930000061
Figure BDA0003238377930000062
Figure BDA0003238377930000063
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知Lq时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000064
Figure BDA0003238377930000065
Figure BDA0003238377930000066
Figure BDA0003238377930000067
Figure BDA0003238377930000068
Figure BDA0003238377930000069
Figure BDA00032383779300000610
Figure BDA0003238377930000071
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，对于表贴式永磁同步电机，仅已知L＝Lq＝Ld时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000072
Figure BDA0003238377930000073
Figure BDA0003238377930000074
Figure BDA0003238377930000075
Figure BDA0003238377930000076
Figure BDA0003238377930000077
Figure BDA0003238377930000078
Figure BDA0003238377930000079
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的电机参数在线辨识算法，相比于普通的递推最小二乘法而言增加了遗忘因子，能够提高电机的辨识精度，加快辨识效率。在获取最少电机信息的前提下，对电机参数进行在线辨识，也可代替位置传感器辨识电机的电角度。是电机精确控制的基础，本方法既能够作为电机无位置传感器控制技术领域的应用基础，又可以作为实时在线辨识参数并实时修正因为环境改变带来的参数变化对控制性能带来的影响，比如温度变化引起的电阻、电感变化，为了达到更好的控制效果，需要对被控对象-电机的参数在控制***中进行修正；本方法的辨识***运算相对简单且高效，可广泛应用于各种电机在高速域、环境变化剧烈应用场景的在线参数辨识，也可为其他领域的参数辨识提供技术参考和指南。
附图说明
图1是本发明方法的总框图；
图2是本发明方法以三相电机为例的流程图。
具体实施方式
本发明的技术方案是：仅知单参数的电机参数在线辨识方法，其特征在于，在实际运行中仅获取任意一个参数，就可以对电机进行在线参数辨识，以三相电机为例的具体步骤如下，其他相数电机也是类似处理：
1)通过电流传感器实时采集各相电流，将采集到的电流通过坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对所述直轴电流id和交轴电流iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制器，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq。
Figure BDA0003238377930000081
然后，建立器电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure BDA0003238377930000091
Figure BDA0003238377930000092
2)利用任意一个电机参数结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识。
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示：
Figure BDA0003238377930000093
式中
Figure BDA0003238377930000094
表示待辨识参数，α为遗忘因子，y为输出变量，
Figure BDA0003238377930000095
为输入变量，P为协方差矩阵，K为增益矩阵。下文中的Ld、Lq为电机的dq轴电感，Rs为电机定子电阻，ωe为电机电角速度，Ψf为电机永磁磁链。
在电机控制***中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式(1-4)得到所需的矢量控制参数id(t)、iq(t)、ud(t)、uq(t)、ωe(t)。
离散变换后：
Figure BDA0003238377930000096
Figure BDA0003238377930000097
推导得到：
Figure BDA0003238377930000101
Figure BDA0003238377930000102
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知ωe时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000103
Figure BDA0003238377930000104
Figure BDA0003238377930000105
Figure BDA0003238377930000106
yd(t)＝id(t) (13)
yq(t)＝iq(t) (14)
Figure BDA0003238377930000107
Figure BDA0003238377930000108
Figure BDA0003238377930000111
Figure BDA0003238377930000112
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电阻R时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000113
Figure BDA0003238377930000114
Figure BDA0003238377930000115
Figure BDA0003238377930000116
Figure BDA0003238377930000117
Figure BDA0003238377930000118
Figure BDA0003238377930000119
Figure BDA0003238377930000121
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电感Ld时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000122
Figure BDA0003238377930000123
Figure BDA0003238377930000124
Figure BDA0003238377930000125
Figure BDA0003238377930000126
Figure BDA0003238377930000127
Figure BDA0003238377930000128
Figure BDA0003238377930000129
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知Lq时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000131
Figure BDA0003238377930000132
Figure BDA0003238377930000133
Figure BDA0003238377930000134
Figure BDA0003238377930000135
Figure BDA0003238377930000136
Figure BDA0003238377930000137
Figure BDA0003238377930000138
仅知单参数的电机参数在线辨识方法，对于表贴式永磁同步电机，仅已知L＝Lq＝Ld时的参数辨识***为：
Figure BDA0003238377930000141
Figure BDA0003238377930000142
Figure BDA0003238377930000143
Figure BDA0003238377930000144
Figure BDA0003238377930000145
Figure BDA0003238377930000146
Figure BDA0003238377930000147
Figure BDA0003238377930000148
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.仅知单参数的电机参数在线辨识方法，其特征在于，在实际运行中仅获取任意一个参数，就可以对电机进行在线参数辨识，以三相电机为例的具体步骤如下，其他相数电机也是类似处理：
1)通过电流传感器实时采集各相电流，将采集到的电流通过坐标变换得到旋转坐标下的直轴电流id和交轴电流iq，然后对所述直轴电流id和交轴电流iq进行PID控制+超前/滞后校正的复合电流控制器，分别得到所需的直轴控制电压ud和交轴控制电压uq。
Figure FDA0003238377920000011
然后，建立器电机在旋转坐标系下的物理模型：
Figure FDA0003238377920000012
Figure FDA0003238377920000013
2)利用任意一个电机参数结合遗忘因子最小二乘法的递推公式，对电机的电阻、永磁磁链以及交直轴电感进行在线辨识。
遗忘因子最小二乘法递推公式如下所示：
Figure FDA0003238377920000014
式中
Figure FDA0003238377920000015
表示待辨识参数，α为遗忘因子，y为输出变量，
Figure FDA0003238377920000016
为输入变量，P为协方差矩阵，K为增益矩阵。下文中的Ld、Lq为电机的dq轴电感，Rs为电机定子电阻，ωe为电机电角速度，Ψf为电机永磁磁链。
在电机控制***中设置采样时间为T，在运行过程中t次采集各相电流，并计算出控制电压，通过上述所述公式(1-4)得到所需的矢量控制参数id(t)、iq(t)、ud(t)、uq(t)、ωe(t)。
离散变换后：
Figure FDA0003238377920000021
Figure FDA0003238377920000022
推导得到：
Figure FDA0003238377920000023
Figure FDA0003238377920000024
2.根据权利要求1所述的仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知ωe时的参数辨识***为：
Figure FDA0003238377920000025
Figure FDA0003238377920000031
Figure FDA0003238377920000032
Figure FDA0003238377920000033
yd(t)＝id(t) (13)
yq(t)＝iq(t) (14)
Figure FDA0003238377920000034
Figure FDA0003238377920000035
Figure FDA0003238377920000036
Figure FDA0003238377920000037
3.根据权利要求1所述的仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电阻R时的参数辨识***为：
Figure FDA0003238377920000038
Figure FDA0003238377920000041
Figure FDA0003238377920000042
Figure FDA0003238377920000043
Figure FDA0003238377920000044
Figure FDA0003238377920000045
Figure FDA0003238377920000046
Figure FDA0003238377920000047
4.根据权利要求1所述的仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知电感Ld时的参数辨识***为：
Figure FDA0003238377920000048
Figure FDA0003238377920000051
Figure FDA0003238377920000052
Figure FDA0003238377920000053
Figure FDA0003238377920000054
Figure FDA0003238377920000055
Figure FDA0003238377920000056
Figure FDA0003238377920000057
5.根据权利要求1所述的仅知单参数的电机参数在线辨识方法，仅已知Lq时的参数辨识***为：
Figure FDA0003238377920000058
Figure FDA0003238377920000061
Figure FDA0003238377920000062
Figure FDA0003238377920000063
Figure FDA0003238377920000064
Figure FDA0003238377920000065
Figure FDA0003238377920000066
Figure FDA0003238377920000067
6.根据权利要求1所述的仅知单参数的电机参数在线辨识方法，对于表贴式永磁同步电机，仅已知L＝Lq＝Ld时的参数辨识***为：
Figure FDA0003238377920000068
Figure FDA0003238377920000071
Figure FDA0003238377920000072
Figure FDA0003238377920000073
Figure FDA0003238377920000074
Figure FDA0003238377920000075
Figure FDA0003238377920000076
Figure FDA0003238377920000077
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沈艳霞: "永磁同步电机模糊遗忘因子最小二乘法参数辨识" *

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