一种永磁同步电动机参数在线辨识的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气传动与电力电子技术领域，具体设及一种应用于永磁同步电动机 参数在线辨识的方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电动机（PMSM;PermanentMagnetSynchronousMotor)具有比功率高、 节能高效、控制精准等优点，在各个领域获得越来越广泛的应用U3。PMSM的高性能控制方 法主要有矢量控制与直接转矩控制等。其中，系统成本低、环境适应性强的无速度传感器控 制系统成为研究热点。
[0003]PMSM无速度传感器控制系统的性能很大程度取决于转子位置及转速的估算准确 度，检测方法可W分为两类。第一类是通过注入特定信号，对位置与速度进行估算，具有对 电机参数不敏感、适用速度范围宽等优点，但是对电机特性做了理想假设，如高频注入法 需要利用电机的凸极效应，INFORM方法W假设反电势完全正弦，而且计算复杂，对控制巧 片的要求较高。第二类是基于基波励磁与反电势的估算方法，如虚拟坐标系法W、滑模观测 器法W。该类方法计算简单，容易实现，但是对电机参数的依赖性较强。
[0004]PMSM参数有定子绕组电阻氏、直轴电感Ld、交轴电感L。及磁链取。永磁体的不同安 装形式，决定直轴电感与交轴电感的差异。永磁体埋入安装的为凸极机，Ld声L。，而表面贴 装的为隐极机，Ld=L。。实验结果表明，电机温度会导致电机参数发生变化，但幅度有限；变 频调速运行时，氏主要受趋肤效应的影响而有较大幅度的变化；Ld相对较为稳定，L。随着负 载而发生明显的变化；9主要受磁钢稳定与退磁特性的影响。为保证第二类方法的应用效 果，需要在线辨识电机参数。传统的参数辨识方法，如模型参考自适应法?、扩展卡尔曼滤 波器法W、最小二乘法?等，均假设转子位置与转速信号无误差，没有考虑在无速度传感器 情况下位置与转速信号的误差对辨识结果带来的影响。
[0005] 不同控制方法对电机参数信息的需求和敏感度有所不同，也是在线辨识的基础， 基于虚拟dc-qc坐标系的无速度传感器矢量控制系统的结构如图1所示。状态观测模块根 据电压输出和电流反馈估算转子转速及位置，需要使用电机模型和参数；锁相控制模块根 据dc-qc坐标系和d-q坐标系（转子同步坐标系）的位置角差调节dc-qc坐标系的转速； 转速控制模块根据转速的偏差调节电压矢量，并通过空间电压矢量调制（SVPWM)加至电机 定子绕组；由于简单可行、容易低成本实现，已得到较为广泛的应用。图1中虚线部分为本 发明的参数辨识模块，基于电机模型和状态变量反馈，在线辨识电机参数。
[0006]W转子磁极的实际位置为基准，建立同步d-q坐标系，则PMSM的模型如下：
[0007]
【主权项】
1. 一种永磁同步电动机（PMSM)参数在线辨识的方法，基于虚拟dc-qc坐标系的无速度 传感器矢量控制系统，包括以下步骤： 1) 对于隐极PMSM(Ld=Lq),建立考虑电机参数误差影响后的qc轴稳态方程式（12): RJqi.+(，儿 Au.+- (12) 其中，Rs为定子绕组电阻、Ld为直轴电感、取为磁链、ω为转子角速度、Uq。为q C轴电 压、iq。为qc轴电流、i d。为dc轴电流； 2) 多次对电机运行状态进行适当调节，并记录稳态状态下各变量的稳态值，代入qc轴 稳态方程式（12)获取多组稳态关系，并通过状态变量增量的计算得到R s、Lrf、_的辨识值
2. 如权利要求1所述的方法，其特征是进一步包括：步骤3)估算交轴电感L q，对于凸 极PMSM (L# L ,)，交轴电感Lq的辨识值&通过Zv = /( _ Z(/估算，其中，4为步骤2)得到的 Ld的辨识值，K = Lq/Ld，Lq、Ld为电机制造商提供或离线辨识获得的交轴电感和直轴电感。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征是：步骤2)的具体实现过程如下： 21) 保持转速不变，设定idc*= 0,实施控制并记录各变量的稳态值ω ^ Uv^P i ,$，代 入式（12)得式（13): ^cjc0x RJqc0 + ^>〇Ψ (13) 22) 小幅改变id。％设定ij= Δ i d。乒0,实施控制并记录对应的稳态值u邮和i dc;1，代 入式（12)得式（14): rJvc1+(Οο^α+^οΨ (14) 由于转速与负载不变，则iqc;1~ i_，式（14)与式（13)相减，整理可得1^的辨识值Ai
(15) 23) 小幅调节ω %设定G^= ω JA ω，并保持1^=0,实施控制并记录对应的稳态值 ?!、^和i ,。2，代入式（12)得式（16): Uqc2 * Rjqr2 + (16) 鉴于短时小幅调节ω?时，负载转矩不变，i i _，式（13) X O1与式（16) X ω。相 减，可得Rs的辨识值々、.，
(17) 式（16)与式（13)相减，可得φΙ的辨识值沴，
(比）。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征是：在步骤21)、22)、23)控制过程中均对电压与 电流信号进行低通滤波处理。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征是：步骤22)中，所述Aid。的取值为电机额定电 流的3-6%。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征是：步骤23)中，所述△ ω的取值为运行角速度 的 1-3 % 〇
7. 如权利要求3所述的方法，其特征是：步骤22)中所述Λ i d。的取值为电机额定电流 的3-6% ;步骤23)中所述Λ ω的取值为运行角速度的1-3%。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征是：步骤22)中所述Λ i d。的取值为电机额定电流 的5% ;步骤23)中所述Λ ω的取值为运行角速度的2%。
【专利摘要】本发明涉及PMSM电机参数在线辨识方法，基于虚拟dc-qc坐标系的无速度传感器矢量控制系统，包括：1)、对于隐极PMSM，建立考虑电机参数误差影响的qc轴稳态方程式其中，Rs为定子绕组电阻、Ld为直轴电感、为磁链、ω为转子角速度、uqc为qc轴电压、iqc为qc轴电流、idc为dc轴电流；2)、多次对电机运行状态进行适当调节，并记录稳态状态下各变量的稳态值，代入该方程式获取多组稳态关系，并通过状态变量增量的计算得到电机参数的辨识值。本方法仅在原有控制策略中适时地加入idc及ω指令的短时小扰动，对原有控制流程和系统正常运行无影响，算法简捷，可低成本地实现隐极或凸极PMSM电机参数的在线辨识。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104836501
【申请号】CN201510167080
【发明人】徐政, 黄河清, 陈锐坚
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月9日