[发明专利]一种永磁同步电机多参数在线辨识方法

摘要

一种永磁同步电机多参数在线辨识方法，包括以下步骤：步骤1，建立高频电压信号下永磁同步电机数学模型；步骤2，计算旋转高频电压信号激励下PMSM的电流和dq轴电感；步骤3，计算激励下PMSM的电阻；步骤4，计算PMSM的永磁体磁链。本发明采用旋转高频电压信号注入在线辨识永磁同步电机的dq轴电感，采用方波电流信号在线辨识永磁同步电机的电阻，采用模型参考自适应方法在线辨识永磁同步电机永磁体磁链，实现电机多参数在线辨识，可以应用于无位置传感器控制，提高控制精度。

主权项

1.一种永磁同步电机多参数在线辨识方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1，建立高频电压信号下永磁同步电机数学模型，过程如下：1.1 在dq两相同步旋转坐标系下，内置式永磁同步电机IPMSM的电压状态方程用矩阵的形式表示如下式中，u_d、u_q、i_d和i_q分别为同步旋转坐标系下定子电压和电流，R_s为定子电阻，L_d、L_q为d、q轴电感，ω_e为电气角速度，ψ_f为永磁体转子磁链幅值；1.2 高频注入信号的频率远高于电机的基波频率，因此把三相PMSM看作一个RL电路；因为高频时电阻相对于电抗非常小，所以忽略不计；此时，三相PMSM的高频电压方程简化为式中，u_dh、u_qh、i_dh、i_qh分别为d、q轴的高频电压、电流分量；下标h表示高频量；步骤2，计算旋转高频电压信号激励下PMSM的电流和dq轴电感，过程如下：2.1 定义注入的高频信号的频率为ω_h，幅值为U_h，则注入的高频电压信号表示为式中，u_αh、u_βh分别为αβ轴的高频电压分量；2.2 u_αβh变换为复平面下的复变量2.3 将公式(4)变换到同步旋转坐标系下，得2.4 将公式(5)代入公式(2)，得旋转坐标系下高频电压激励下三相PMSM的电流响应方程为2.5 将公式(6)变换到静止坐标系下，得式中，I_cp为正相序高频电流分量的幅值，即I_cn为负相序高频电流分量的幅值，即从公式(7)看出，高频电流响应包含两种分量：第一种是正相序分量，其旋转方向与注入电压矢量的方向相同，幅值与平均电感有关；第二种是正相序分量，其旋转方向与注入电压矢量的方向相反，幅值与半差电感有关；同步轴系高通滤波器通过坐标变换把高频电流矢量变换到一个与注入的高频电压矢量同步旋转的参考坐标系中，此时正相序高频电流矢量变成直流，很容易通过常规的高通滤波器将其滤除；然后再通过于之前参考坐标系的逆坐标系，将信号还原，最后通过变换将负序电流的幅值提取出来；同样的，提取正序电流的幅值；最后，通过提取的正负序电流的幅值计算出dq轴电感；步骤3，计算激励下PMSM的电阻，其过程如下：3.1 PMSM在估计dq坐标系下的电压方程由下式给出式中，为派克变换，为估计dq轴和实际dq轴之间的夹角，θ_e为实际转子位置，为估计转子位置，为转速差，ω_e为实际转速，为估计转速，分别为估计dq轴的电压和电流，L_Σ＝(L_d+L_q)/2为均值电感，L_Δ＝(L_d‑L_q)/2为差值电感；3.2 当位置误差很小时，公式(10)简化为3.3 由于d轴电压方程相对简单，因此用于辨识定子电阻3.4 当电动机以恒定速度运转时，公式(12)简化为3.5 为了在线稳定地识别电阻，在估计d轴上注入具有正负交替振幅的周期性方波电流，得式中，3.6 在估计d轴电流达到参考值后，估计d轴上的电压被存储并平均；使用两个平均电压，得到估计的电阻式中，“”表示平均值；步骤4，计算PMSM的永磁体磁链，其过程如下：4.1 PMSM在dq坐标系下的电流方程为4.2 依据公式(16)，PMSM在估计dq坐标系下的电流方程为式中，为估计永磁体磁链；4.3 定义为广义误差矢量，由公式(16)、公式(17)，得误差状态方程式中，A、B、C分别为实际系统的系数矩阵，分别为估计系统的系数矩阵，分别为系数矩阵的差；4.4 利用公式(18)，引入线性补偿矩阵D，将MRAS转化为等效的反馈系统为4.5 取D为单位阵E，保证前馈线性模型的严格正实，再考虑Popov积分不等式4.6 为满足公式(20)，根据传统形式自适应规则，选用比例加积分结构的自适应律，得永磁体磁链的自适应律根据公式(8)、(9)、(15)和(21)，得到电机的dq轴电感、电阻和永磁体磁链，实现永磁同步电机多参数在线辨识。