一種永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)與電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種應(yīng)用于永磁同步電動(dòng)機(jī) 參數(shù)在線辨識(shí)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM;PermanentMagnetSynchronousMotor)具有比功率高、 節(jié)能高效、控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用U3。PMSM的高性能控制方 法主要有矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制等。其中，系統(tǒng)成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的無(wú)速度傳感器控 制系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。
[0003]PMSM無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的性能很大程度取決于轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的估算準(zhǔn)確 度，檢測(cè)方法可W分為兩類。第一類是通過注入特定信號(hào)，對(duì)位置與速度進(jìn)行估算，具有對(duì) 電機(jī)參數(shù)不敏感、適用速度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)電機(jī)特性做了理想假設(shè)，如高頻注入法 需要利用電機(jī)的凸極效應(yīng)，INFORM方法W假設(shè)反電勢(shì)完全正弦，而且計(jì)算復(fù)雜，對(duì)控制巧 片的要求較高。第二類是基于基波勵(lì)磁與反電勢(shì)的估算方法，如虛擬坐標(biāo)系法W、滑模觀測(cè) 器法W。該類方法計(jì)算簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性較強(qiáng)。
[0004]PMSM參數(shù)有定子繞組電阻氏、直軸電感Ld、交軸電感L。及磁鏈取。永磁體的不同安 裝形式，決定直軸電感與交軸電感的差異。永磁體埋入安裝的為凸極機(jī)，Ld聲L。，而表面貼 裝的為隱極機(jī)，Ld=L。。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電機(jī)溫度會(huì)導(dǎo)致電機(jī)參數(shù)發(fā)生變化，但幅度有限；變 頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，氏主要受趨膚效應(yīng)的影響而有較大幅度的變化；Ld相對(duì)較為穩(wěn)定，L。隨著負(fù) 載而發(fā)生明顯的變化；9主要受磁鋼穩(wěn)定與退磁特性的影響。為保證第二類方法的應(yīng)用效 果，需要在線辨識(shí)電機(jī)參數(shù)。傳統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)方法，如模型參考自適應(yīng)法?、擴(kuò)展卡爾曼濾 波器法W、最小二乘法?等，均假設(shè)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速信號(hào)無(wú)誤差，沒有考慮在無(wú)速度傳感器 情況下位置與轉(zhuǎn)速信號(hào)的誤差對(duì)辨識(shí)結(jié)果帶來(lái)的影響。
[0005] 不同控制方法對(duì)電機(jī)參數(shù)信息的需求和敏感度有所不同，也是在線辨識(shí)的基礎(chǔ)， 基于虛擬dc-qc坐標(biāo)系的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。狀態(tài)觀測(cè)模塊根 據(jù)電壓輸出和電流反饋估算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置，需要使用電機(jī)模型和參數(shù)；鎖相控制模塊根 據(jù)dc-qc坐標(biāo)系和d-q坐標(biāo)系（轉(zhuǎn)子同步坐標(biāo)系）的位置角差調(diào)節(jié)dc-qc坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速； 轉(zhuǎn)速控制模塊根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電壓矢量，并通過空間電壓矢量調(diào)制（SVPWM)加至電機(jī) 定子繞組；由于簡(jiǎn)單可行、容易低成本實(shí)現(xiàn)，已得到較為廣泛的應(yīng)用。圖1中虛線部分為本 發(fā)明的參數(shù)辨識(shí)模塊，基于電機(jī)模型和狀態(tài)變量反饋，在線辨識(shí)電機(jī)參數(shù)。
[0006]W轉(zhuǎn)子磁極的實(shí)際位置為基準(zhǔn)，建立同步d-q坐標(biāo)系，則PMSM的模型如下：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM)參數(shù)在線辨識(shí)的方法，基于虛擬dc-qc坐標(biāo)系的無(wú)速度 傳感器矢量控制系統(tǒng)，包括以下步驟： 1) 對(duì)于隱極PMSM(Ld=Lq),建立考慮電機(jī)參數(shù)誤差影響后的qc軸穩(wěn)態(tài)方程式（12): RJqi.+(，兒 Au.+- (12) 其中，Rs為定子繞組電阻、Ld為直軸電感、取為磁鏈、ω為轉(zhuǎn)子角速度、Uq。為q C軸電 壓、iq。為qc軸電流、i d。為dc軸電流； 2) 多次對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，并記錄穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下各變量的穩(wěn)態(tài)值，代入qc軸 穩(wěn)態(tài)方程式（12)獲取多組穩(wěn)態(tài)關(guān)系，并通過狀態(tài)變量增量的計(jì)算得到R s、Lrf、_的辨識(shí)值
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是進(jìn)一步包括：步驟3)估算交軸電感L q，對(duì)于凸 極PMSM (L# L ,)，交軸電感Lq的辨識(shí)值&通過Zv = /( _ Z(/估算，其中，4為步驟2)得到的 Ld的辨識(shí)值，K = Lq/Ld，Lq、Ld為電機(jī)制造商提供或離線辨識(shí)獲得的交軸電感和直軸電感。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是：步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)過程如下： 21) 保持轉(zhuǎn)速不變，設(shè)定idc*= 0,實(shí)施控制并記錄各變量的穩(wěn)態(tài)值ω ^ Uv^P i ,$，代 入式（12)得式（13): ^cjc0x RJqc0 + ^>〇Ψ (13) 22) 小幅改變id。％設(shè)定ij= Δ i d。乒0,實(shí)施控制并記錄對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值u郵和i dc;1，代 入式（12)得式（14): rJvc1+(Οο^α+^οΨ (14) 由于轉(zhuǎn)速與負(fù)載不變，則iqc;1~ i_，式（14)與式（13)相減，整理可得1^的辨識(shí)值A(chǔ)i
(15) 23) 小幅調(diào)節(jié)ω %設(shè)定G^= ω JA ω，并保持1^=0,實(shí)施控制并記錄對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值 ?!、^和i ,。2，代入式（12)得式（16): Uqc2 * Rjqr2 + (16) 鑒于短時(shí)小幅調(diào)節(jié)ω?時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，i i _，式（13) X O1與式（16) X ω。相 減，可得Rs的辨識(shí)值々、.，
(17) 式（16)與式（13)相減，可得φΙ的辨識(shí)值沴，
(比）。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是：在步驟21)、22)、23)控制過程中均對(duì)電壓與 電流信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是：步驟22)中，所述Aid。的取值為電機(jī)額定電 流的3-6%。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是：步驟23)中，所述△ ω的取值為運(yùn)行角速度 的 1-3 % 〇
7. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是：步驟22)中所述Λ i d。的取值為電機(jī)額定電流 的3-6% ;步驟23)中所述Λ ω的取值為運(yùn)行角速度的1-3%。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是：步驟22)中所述Λ i d。的取值為電機(jī)額定電流 的5% ;步驟23)中所述Λ ω的取值為運(yùn)行角速度的2%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及PMSM電機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)方法，基于虛擬dc-qc坐標(biāo)系的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，包括：1)、對(duì)于隱極PMSM，建立考慮電機(jī)參數(shù)誤差影響的qc軸穩(wěn)態(tài)方程式其中，Rs為定子繞組電阻、Ld為直軸電感、為磁鏈、ω為轉(zhuǎn)子角速度、uqc為qc軸電壓、iqc為qc軸電流、idc為dc軸電流；2)、多次對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，并記錄穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下各變量的穩(wěn)態(tài)值，代入該方程式獲取多組穩(wěn)態(tài)關(guān)系，并通過狀態(tài)變量增量的計(jì)算得到電機(jī)參數(shù)的辨識(shí)值。本方法僅在原有控制策略中適時(shí)地加入idc及ω指令的短時(shí)小擾動(dòng)，對(duì)原有控制流程和系統(tǒng)正常運(yùn)行無(wú)影響，算法簡(jiǎn)捷，可低成本地實(shí)現(xiàn)隱極或凸極PMSM電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號(hào)】CN104836501
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167080
【發(fā)明人】徐政, 黃河清, 陳銳堅(jiān)
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)深圳研究生院
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日