CN115133832A - 一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法 - Google Patents

一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法，能够利用实时采集电机运行中的电流，实时地对***参数进行动态修正，取代了现有技术中如采用扩张状态观测器等的复杂补偿方式，直接对参数进行改进。方法中不需要一直进行运算，仅需要在参数失配发生时执行相应的参数修正，失配一旦消除电流响应恢复正常后，可立即中止计算。由此该方法通过极为简便与小运算量的技术手段，显著提高了***的抗干扰性和鲁棒性。

Description

一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机电流控制技术领域，尤其涉及一种表贴式永磁同步电机参数实时修正技术。
背景技术
永磁同步电机的参数失配现象会导致电流产生静态误差、震荡、超调等响应品质下降的问题，并会进一步反映到电机运行上，具体的表现主要为运行中发生较大转矩脉动，最终导致电机的稳态性能极度恶化，因此如何解决参数失配是目前电机控制中一个非常重要的技术问题。对于此技术问题，现有技术中大多采用的是无参数化控制，即用电机采集到的实时值来代替电机参数的使用。譬如文献《Improved Model Predictive CurrentControl for SPMSM Drives with Parameter Mismatch》中运用采集到的不同时刻的电流值，对电流方程进行了重构，实现了无参数化预测控制。然而这种方法运算量较大，而且重构出的新的参数需要不断运算，使得***的运算负担较大。而在文献《TransientPerformance Improvement of Deadbeat Predictive Current Control of High-SpeedSurface-Mounted PMSM Drives by Online Inductance Identification》中虽然提出了一种较为简易的电感修正方法，但此方法只有在参考电流变化时才能进行一次修正，修正的可靠性还有待加强。
发明内容
有鉴于此，针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法，具体包括以下步骤：
步骤一、实时采集当前k时刻永磁同步电机的三相电流、转速、转子位置角数据，并进行坐标变换得到d、q轴电流；
步骤二、建立永磁同步电机的无差拍控制模型，并利用实时采集的数据对k+1时刻的d、q轴电流进行预测；在参数失配情况下，基于多个采样周期内的相同时刻q轴参考电流iq与实际产生的q轴电流
Figure BDA0003736541280000011
之间的静态误差，对电机永磁体磁链参数执行以下修正：
Figure BDA0003736541280000012
式中，
Figure BDA0003736541280000013
表示修正前的电机永磁体磁链，
Figure BDA0003736541280000014
表示经过修正后的电机永磁体磁链，α为修正系数，Ls为电机电感，R为电机定子绕组的阻值，ωe为电机的电角速度，Ts为采样周期；
步骤三、根据步骤二中预测得到的k+1时刻d、q轴电流
Figure BDA0003736541280000021
和
Figure BDA0003736541280000022
以及参考电流，计算k+1时刻需要施加的d轴电压Ud(k+1)，并对电机电感参数执行以下修正：
Figure BDA0003736541280000023
式中，
Figure BDA0003736541280000024
表示修正前的电机电感，
Figure BDA0003736541280000025
表示经过修正后的电机电感，β为修正系数；
其中，
Figure BDA0003736541280000026
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴参考电流，id(k+2)为k+2时刻的d轴参考电流，
Figure BDA0003736541280000027
为k+2时刻实际产生的d轴电流；
步骤四、将实时修正后的电机永磁体磁链与电感参数替换所述永磁同步电机的无差拍控制模型中的相应参数，继续预测下一时刻的d、q轴电流，并基于SVPWM调制计算需要施加的d、q轴电压。
进一步地，步骤二中建立的无差拍控制模型，具体基于以下永磁同步电机数学模型：
Figure BDA0003736541280000028
式中，t为时间变量。
进一步地，在参数失配情况下，q轴电流的具体预测过程为：
Figure BDA0003736541280000029
计算得到k+2时刻q轴参考电流iq(k+2)与实际产生的q轴电流
Figure BDA00037365412800000210
并在此基础上确定所述静态误差：
Figure BDA00037365412800000211
进一步地，步骤三中计算k+1时刻需要施加的d轴电压Ud(k+1)时，首先基于将
Figure BDA00037365412800000212
的值忽略为0的假设，则需要施加的Ud(k+1)计算为：
Figure BDA0003736541280000031
结合k+2时刻d轴实际产生的电流：
Figure BDA0003736541280000032
两式联立后得到：
Figure BDA0003736541280000033
由此可对电机电感参数进行修正。
上述本发明所提供的表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法，能够利用实时采集电机运行中的电流，实时地对***参数进行动态修正，取代了现有技术中如采用扩张状态观测器等的复杂补偿方式，直接对参数进行改进。方法中不需要一直进行运算，仅需要在参数失配发生时执行相应的参数修正，失配一旦消除电流响应恢复正常后，可立即中止计算。由此，该方法通过极为简便与小运算量的技术手段，显著提高了***的抗干扰性和鲁棒性。
附图说明
图1为本发明所提供方法的流程图；
图2基于本发明所提供方法的原理框架图；
图3为未采用本发明所提供方法在电机参数不失配情况下的d、q轴电流图；
图4为采用了本发明所提供方法在电机参数不失配情况下的d、q轴电流图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤一、实时采集当前k时刻永磁同步电机的三相电流、转速、转子位置角数据，并进行坐标变换得到d、q轴电流；
步骤二、建立永磁同步电机的无差拍控制模型，并利用实时采集的数据对k+1时刻的d、q轴电流进行预测；在参数失配情况下，基于多个采样周期内的相同时刻q轴参考电流iq与实际产生的q轴电流
Figure BDA0003736541280000034
之间的静态误差，对电机永磁体磁链参数执行以下修正：
Figure BDA0003736541280000041
式中，
Figure BDA0003736541280000042
表示修正前的电机永磁体磁链，
Figure BDA0003736541280000043
表示经过修正后的电机永磁体磁链，α为修正系数，Ls为电机电感，R为电机定子绕组的阻值，ωe为电机的电角速度，Ts为采样周期；
步骤三、根据步骤二中预测得到的k+1时刻d、q轴电流
Figure BDA0003736541280000044
和
Figure BDA0003736541280000045
以及参考电流，计算k+1时刻需要施加的d轴电压Ud(k+1)，并对电机电感参数执行以下修正：
Figure BDA0003736541280000046
式中，
Figure BDA0003736541280000047
表示修正前的电机电感，
Figure BDA0003736541280000048
表示经过修正后的电机电感，β为修正系数；
其中，
Figure BDA0003736541280000049
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴参考电流，id(k+2)为k+2时刻的d轴参考电流，
Figure BDA00037365412800000410
为k+2时刻实际产生的d轴电流；
步骤四、将实时修正后的电机永磁体磁链与电感参数替换所述永磁同步电机的无差拍控制模型中的相应参数，继续预测下一时刻的d、q轴电流，并基于SVPWM调制计算需要施加的d、q轴电压。上述过程的原理框架如图2所示。
在本发明的一个优选实施方式中，步骤二中建立的无差拍控制模型，具体基于以下永磁同步电机数学模型：
Figure BDA00037365412800000411
式中，t为时间变量。
在未发生参数失配时，可利用上述数学模型对k+1时刻d、q轴电流执行以下预测：
Figure BDA0003736541280000051
k+1时刻需施加的d、q轴电压可计算为：
Figure BDA0003736541280000052
考虑到电机参数失配时计算得出的电压矢量并非最优电压矢量，故需设计算法进行参数修正。基于这种考虑，在参数失配情况下，q轴电流的具体预测过程为：
Figure BDA0003736541280000053
计算得到k+2时刻q轴参考电流iq(k+2)与实际产生的q轴电流
Figure BDA0003736541280000054
并在此基础上确定所述静态误差：
Figure BDA0003736541280000055
计算出在k+1时刻应施加的电压以及在k+2时刻实际产生的电流为：
Figure BDA0003736541280000056
Figure BDA0003736541280000057
基于将
Figure BDA0003736541280000058
的值忽略为0的假设，则需要施加的Ud(k+1)为：
Figure BDA0003736541280000059
结合k+2时刻d轴实际产生的电流：
Figure BDA00037365412800000510
两式联立后得到：
Figure BDA00037365412800000511
由此即实现了对电机电感参数的修正。
图3、4示出了未使用参数实时修正的方法与使用了本发明的方法后，d、q轴电流所呈现的具体效果。通过比较电感2倍失配时未使用此方法的电流图像和使用了该方法后的电流图像(如图3所示)，可以明显地看出该方法成功抑制了由于参数失配引起的电流震荡，再通过比较磁链2倍失配时未使用此方法的电流图像以及使用了此方法的电流图像(如图4所示)，可以发现该方法也成功解决了由于磁链失配而引起的电流超调问题。这对于电机安全稳定的工作以及效率的提高有着重要的意义。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种表贴式永磁同步电机的参数实时修正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、实时采集当前k时刻永磁同步电机的三相电流、转速、转子位置角数据，并进行坐标变换得到d、q轴电流；
步骤二、建立永磁同步电机的无差拍控制模型，并利用实时采集的数据对k+1时刻的d、q轴电流进行预测；在参数失配情况下，基于多个采样周期内的相同时刻q轴参考电流iq与实际产生的q轴电流
Figure FDA0003736541270000011
之间的静态误差，对电机永磁体磁链参数执行以下修正：
Figure FDA0003736541270000012
式中，
Figure FDA0003736541270000013
表示修正前的电机永磁体磁链，
Figure FDA0003736541270000014
表示经过修正后的电机永磁体磁链，α为修正系数，Ls为电机电感，R为电机定子绕组的阻值，ωe为电机的电角速度，Ts为采样周期；
步骤三、根据步骤二中预测得到的k+1时刻d、q轴电流
Figure FDA0003736541270000015
和
Figure FDA0003736541270000016
以及参考电流，计算k+1时刻需要施加的d轴电压Ud(k+1)，并对电机电感参数执行以下修正：
Figure FDA0003736541270000017
式中，
Figure FDA0003736541270000018
表示修正前的电机电感，
Figure FDA0003736541270000019
表示经过修正后的电机电感，β为修正系数；
其中，
Figure FDA00037365412700000110
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴参考电流，id(k+2)为k+2时刻的d轴参考电流，
Figure FDA00037365412700000111
为k+2时刻实际产生的d轴电流；
步骤四、将实时修正后的电机永磁体磁链与电感参数替换所述永磁同步电机的无差拍控制模型中的相应参数，继续预测下一时刻的d、q轴电流，并基于SVPWM调制计算需要施加的d、q轴电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中建立的无差拍控制模型，具体基于以下永磁同步电机数学模型：
Figure FDA0003736541270000021
式中，t为时间变量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在参数失配情况下，q轴电流的具体预测过程为：
Figure FDA0003736541270000022
计算得到k+2时刻q轴参考电流iq(k+2)与实际产生的q轴电流
Figure FDA0003736541270000023
并在此基础上确定所述静态误差：
Figure FDA0003736541270000024
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三中计算k+1时刻需要施加的d轴电压Ud(k+1)时，首先基于将
Figure FDA0003736541270000025
的值忽略为0的假设，则需要施加的Ud(k+1)计算为：
Figure FDA0003736541270000026
结合k+2时刻d轴实际产生的电流：
Figure FDA0003736541270000027
两式联立后得到：
Figure FDA0003736541270000028
由此对电机电感参数进行修正。
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