一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法技术

本发明专利技术公开一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法，首先在永磁同步电机的矢量控制的基础上，对逆变器非线性进行研究，考虑逆变器非线性因素的对参数辨识的影响并针对非线性带来的误差电压进行在线死区补偿；在死区补偿的基础上对电机闭环控制的参数进行离线辨识，提高辨识精度；最后采用最小二乘法和模型参考自适应两种方法结合实现多参数同时在线辨识。本发明专利技术能够在低速的情况下，较快的时间上同时辨识出电机电感、永磁磁链和电阻值，具有较大推广应用价值。

A parameter identification method for PMSM Based on nonlinear compensation of inverter

The invention discloses a parameter identification method of permanent magnet synchronous motor based on nonlinear compensation of inverters. First, on the basis of vector control of permanent magnet synchronous motor, the nonlinearity of the inverter is studied. The influence of the nonlinear factors on the parameter identification of the inverter is considered and the error voltage of the non linear motor is dead on line. Area compensation, on the basis of dead zone compensation, the parameters of motor closed loop control are identified off-line, and the identification accuracy is improved. At last, the least square method and model reference adaptive two methods are used to realize the simultaneous identification of multi parameters. The invention can identify motor inductors, permanent magnetic flux linkage and resistance values at a relatively low speed and at a relatively fast time, and has great popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法
本专利技术属于永磁同步电机的参数辨识
，具体涉及一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法。
技术介绍
永磁同步电动机(PMSM)由于自身结构简单，具有转速平稳、动态响应快、过载能力强、可靠性高、结构多样化、应用范围广等优点，已成为研究热点，并得到广泛的应用。永磁同步电机常用的控制策略为矢量控制和直接转矩控制。矢量控制的方法主要有：id＝0控制，弱磁控制、cosφ＝1控制和最大转矩电流比控制。矢量控制主要是采用双闭环控制，其中的电流环和转速环的设计是采用基于线性系统理论的PI控制，对电机参数的变化敏感。而且在实际应用中，针对不同厂商生产的电机，需要控制器能够辨识所需参数实现良好控制性能。同时，在电动汽车应用中，电机驱动系统的可靠运行有严格的要求，需要进行故障的早期诊断。故障的在线监控能够通过对电机参数进行辨识来实现，使得参数辨识成为早期故障诊断的重要方法之一。综上所诉，PMSM的参数辨识可以实现控制器的参数整定及早期的故障诊断，能够提高控制器控制准确和可靠运行，具有重要的理论研究意义。PMSM需要辨识的电磁参数为：Rs、Ld、Lq和ψf。影响电机参数的主要因素是温度变化和磁路饱和。在线参数辨识是根据电机的输入输出数据，采用不同的算法辨识出电机参数，并且不断根据新的数据对参数进行更新。跟离线辨识方法相比，在线参数辨识可以对运行状态实时监控，同时参数的实时更新可以增强控制器的自适应控制。目前参数在线辨识的辨识算法主要有：递推最小二乘法、模型参考自适应、扩展卡尔曼滤波以及智能算法等。同时，在参数辨识过程中逆变器非线性的存在对于参数辨识结果产生较严重的负面影响，如何抑制逆变器非线性电压误差提高辨识结果的精度也是当今研究的热点。在参数辨识中，逆变器非线性将对估计转子信息带来较严重的影响，特别是低速、轻载情况时，由于相电流较小而大部分时间处于零电流钳位区从而导致较严重的非线性电压误差，影响参数辨识的精度。故在永磁同步电机参数辨识的同时需要考虑逆变器非线性带来的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对逆变器非线性对参数辨识精度的影响，对于采用单一方法进行电机的多参数辨识产生的辨识方程欠秩，出现辨识参数非唯一解问题。本专利技术提供了基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法，以达到永磁同步电机能够在低速情况下，在较快的时间上同时辨识出电机电感、永磁磁链和电阻值。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在永磁同步电机的矢量控制的基础上，对逆变器非线性进行研究，考虑逆变器非线性因素的对参数辨识的影响并针对非线性带来的误差电压进行在线死区补偿；步骤2：在死区补偿的基础上对电机闭环控制的参数进行离线辨识，提高辨识精度；步骤3：采用最小二乘法和模型参考自适应两种方法结合实现多参数同时在线辨识。作为改进，步骤1中逆变器的非线性因素包括驱动器开关器件的开关死区、开关器件的管压降、以及开关延时。作为改进，步骤1中在线死区补偿方法为：设计扰动观测器观测出死区效应带来的误差电压作为扰动电压，并对其进行在线估计，然后前馈给逆变器输入端，采取电压前馈的方式对死区效应进行在线补偿。作为改进，步骤2中，采用直流实验法对定子电阻进行离线辨识，首先对电机通入任意方向的恒定电压矢量，待电机旋转到一定位置停止后，记录此时定子电流，计算定子电阻值。作为改进，步骤2中，对同步电机d轴和q轴电感值进行离线辨识方法为：分别在d轴和q轴注入高频电压信号，利用离散傅里叶变换提取高频电流响应的幅值及相位信息，从而得出d轴和q轴的电感值。作为改进，步骤3中，模型参考自适应法需要输入定子电压ud、uq和定子电流id，iq，辨识出参数永磁体磁链ψf和电机电感L。作为改进，步骤3中，最小二乘法辨识参数需要在步骤2辨识出参数的基础上，在考虑电机定子电压ud、uq和定子电流id，iq，辨识出参数电机电阻Rs。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要的优点：1.与现有技术相比，本专利技术考虑逆变器非线性带来的影响，进行逆变器非线性补偿，提高精度。2.对于采用单一方法进行电机的多参数辨识产生的辨识方程欠秩，出现辨识参数非唯一解问题，提出结合两种方法实现一次辨识电机四个电磁参数解决电机多参数同时辨识问题。附图说明图1为本专利技术实施例的总体结构示意图；图2为永磁同步电机矢量控制框图；图3为带死区补偿的矢量控制原理框图；图4为定子电阻离线辨识等效模型；图5为高频注入法测量的d轴和q轴电感原理图；图6为模型自适应参数辨识系统框图；图7是不带死区补偿的电机运行仿真波形图；图8是带死区补偿的电机运行仿真波形图；图9是永磁同步电机参数辨识的定子电阻辨识仿真波形图；图10是永磁同步电机参数辨识的永磁体磁链辨识仿真波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1，本专利技术包括以下步骤：步骤1：在永磁同步电机的矢量控制的基础上，对逆变器非线性进行研究，考虑逆变器非线性因素的对参数辨识的影响并针对非线性带来的误差电压进行在线死区补偿；步骤2：在死区补偿的基础上对电机闭环控制的参数进行离线辨识，提高辨识精度；步骤3：采用最小二乘法和模型参考自适应两种方法结合实现多参数同时在线辨识。采用模型参考自适应方法，利用电阻初始值进行电感和永磁磁链的在线辨识。模型参考自适应需要输入定子电压ud、uq和定子电流id，iq，辨识出参数永磁体磁链ψf和电机电感L；采用辨识算法简单，占用系统时间最小，而且满足参数辨识精度的最小二乘法来对PMSM的定子电阻进行在线辨识。在步骤2辨识出永磁体磁链ψf和电机电感L参数的基础上，在考虑电机定子电压ud、uq和定子电流id，iq，辨识出参数电机电阻Rs。如图2所示，永磁同步电机的矢量控制是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。对永磁同步电机的数学模型具体如下公式：在两相同步旋转坐标系中，定子电压方程为：公式(1)中：ud和uq分别表示定子电压在d轴(直轴)和q轴(交轴)的分量，id和iq分别表示定子电流在d轴和q轴的分量；Rs为电机给定的定子电阻，Ld和Lq分别表示电机直轴电感和交轴电感；ωr为电机角速度；ψf为永磁体磁链；p为电机极对数。如图3所示，采用的方法将死区效应等各种非理想因素造成的死区误差电压转换到两相旋转坐标系中，作为扰动电压，并对其进行在线估计，然后前馈给逆变器输入端，进行电压前馈补偿。在两相同步旋转坐标系中，考虑死区时间带来的影响，定子电压方程因在上面的公式中加上死区误差电压，故为：公式(2)中：ud和uq分别表示定子电压在d轴(直轴)和q轴(交轴)的分量，id和iq分别表示定子电流在d轴和q轴的分量；Rs为电机给定的定子电阻，Ld和Lq分别表示电机直轴电感和交轴电感；ωr为电机角速度；ψf为永磁体磁链；记uedrr和ueqrr分别为d轴和q轴的死区误差电压；p为电机极对数。根据上式的离散数学模型，可以得到死区误差电压的离散表达式：上式中k为离散参数，在一个采样周期内死区效应引起的扰动电压没有较大的变化，因此有:基于上式的假设，当前时刻的扰动电压可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在永磁同步电机的矢量控制的基础上，对逆变器非线性进行研究，考虑逆变器非线性因素的对参数辨识的影响并针对非线性带来的误差电压进行在线死区补偿；步骤2：在死区补偿的基础上对电机闭环控制的参数进行离线辨识，提高辨识精度；步骤3：采用最小二乘法和模型参考自适应两种方法结合实现多参数同时在线辨识。

【技术特征摘要】
1.一种基于逆变器非线性补偿的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在永磁同步电机的矢量控制的基础上，对逆变器非线性进行研究，考虑逆变器非线性因素的对参数辨识的影响并针对非线性带来的误差电压进行在线死区补偿；步骤2：在死区补偿的基础上对电机闭环控制的参数进行离线辨识，提高辨识精度；步骤3：采用最小二乘法和模型参考自适应两种方法结合实现多参数同时在线辨识。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于：步骤1中逆变器的非线性因素包括驱动器开关器件的开关死区、开关器件的管压降、以及开关延时。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于：步骤1中在线死区补偿方法为：设计扰动观测器观测出死区效应带来的误差电压作为扰动电压，并对其进行在线估计，然后前馈给逆变器输入端，采取电压前馈的方式对死区效应进行在线补偿。4.根据权利要求1所述的永...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡红明，刘雪骄，方贺，肖寒，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42