[发明专利]电机转矩系数辨识方法和装置及电机控制装置和判断装置

说明书

本发明公开了一种电机转矩系数辨识方法和装置，利用扰动转矩观测器对电机运动方程中的扰动转矩进行观测，并利用观测结果计算电机实际的输出转矩，最终根据计算出的电机实际输出转矩和电机的转矩电流或其指令值经计算得到电机转矩系数。此外，本发明还提供一种采用该辨识装置的电机控制装置和电机判断装置。本发明的辨识方法直接利用电机的实际输出转矩和转矩电流来计算电机转矩系数，不但不影响电机的驱动性能，而且可以实现对电机转矩系数的在线实时辨识且辨识结果准确，同时适用范围广，可应用于诸如电梯等存在不平衡转矩负载的特殊应用场合。

技术领域

本发明与电机技术有关，具体涉及一种电机转矩系数的在线辨识方法与辨识装置，以及含有该转矩系数辨识装置的电机控制装置和电机判断装置。

背景技术

转矩系数是指电机单位电流产生的力矩，可用N·m/A来表示，是表征电机输出转矩能力的一个重要参数。一般而言，电机的转矩系数的设计值与实际值总是存在一定的偏差，这个偏差后续称为转矩系数偏差。电机驱动系统中，转矩系数会出现在速度环控制器参数的整定过程中，当转矩系数偏差较大时，基于转矩系数设计值整定得到的控制器参数与基于转矩系数准确实际值整定得到的控制器最优参数之间必然会出现较大偏差(后续称之为控制器参数偏差)，这个较大的控制器参数偏差会进一步导致控制器控制性能的降低。对于包括电梯在内的存在恒定负载转矩的应用场合中，较大的转矩系数偏差会导致基于称量装置的初始负载转矩补偿量相对于实际的初始负载转矩出现较大的补偿偏差，这个补偿偏差会严重影响电机的启动性能，如电梯启动时出现溜梯的情况，从而严重影响电梯启动时乘客的乘坐舒适性。对于根据转矩系数判断PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor，即永磁同步电机)是否发生不可逆退磁的场合，较大的转矩系数偏差会严重影响判断的准确性和及时性。

转矩系数偏差的出现通常有两个原因：一个是因制造、加工工艺、原材料等因素导致的电机转矩系数偏差，另一个是在电机运行过程中，因电机的工况变化而导致的电机转矩系数偏差。为了应对上述第一种原因产生的电机转矩系数偏差，通常有两种方法：一是对最大偏差进行预估，将电机工况适当调整(降低电机可能的最大输出转矩)以保证电机的安全可靠运行；二是对每台电机进行单独测试，根据测试结果计算出每台电机的转矩系数。这两种方法虽然能够应对第一种原因产生的电机转矩系数偏差，但却分别存在电机的转矩输出能力不能充分利用和测试过程费时费力等缺点，而且无法应对上述第二种原因产生的电机转矩系数偏差。为了克服上述方法的缺点，电机转矩系数的在线辨识成为了必然选择。

在申请号为201210303100.2的中国发明专利申请中，利用120°驱动方式在电机启动阶段根据电机定子电压和电流计算出包括转矩系数Kt在内的电机参数，然后再以180°驱动方式根据计算出的电机参数进行电机驱动控制。但这种方法有两种驱动方式，实现较为复杂且因120°驱动方式存在转矩脉动大、振动和噪声大等缺点，因此会严重影响电机的驱动性能。

中国发明专利CN102904498B提出了一种用于检测PMSM是否发生了不可逆减磁的控制装置，其中的推定转矩常数计算部根据电机转速计算包括粘性摩擦和库伦摩擦在内的摩擦力，然后根据计算得出的摩擦力计算电流修正值进而对电机定子电流进行修正，最后利用转动惯量与加速度的积除以修正后的电流值得到转矩系数。但从前述转矩系数的得出过程可以看出：

第一，该方法仅仅根据电机转速来计算摩擦力，而摩擦力除了受转速影响外，可能还会受到其它因素影响，如电梯系统中轿厢的导靴形式、整流罩、井道情况等，因此按照该发明专利方法计算得到的摩擦力存在较大误差，进而根据摩擦力得到的电流修正值也会存在较大误差，最终根据电流修正值修正得到的电流值计算出的转矩系数必将会存在较大误差；

第二，该方法本质上是利用电机产生的部分转矩信息(即仅对应于电机加速度的转矩部分)和电机的部分电流信息(即定子电流值去掉摩擦力对应的电流后得到的、产生电机加速度的转矩的电流)来计算电机的转矩系数，而不是直接利用电机的实际输出转矩与实际定子电流来计算转矩系数，因此其本质上是一种间接计算方法；