一种大功率表面式永磁同步电机控制方法技术

本发明专利技术涉及永磁同步电机控制方法，具体是一种大功率表面式永磁同步电机控制方法。本发明专利技术解决了传统的永磁同步电机控制过程中因电机参数变化而造成解耦不准确的问题。一种大功率表面式永磁同步电机控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：a.参数的离线辨识过程；b.参数的在线辨识过程；c.参数的校正过程；d.永磁同步电机的运行控制过程。本发明专利技术适用于永磁同步电机的控制，尤其适用于大功率表面式永磁同步电机的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率表面式永磁同步电机控制方法
本专利技术涉及永磁同步电机控制方法，具体是一种大功率表面式永磁同步电机控制方法。
技术介绍
永磁同步电机因其具有快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，而被广泛应用于工业自动化领域。传统的永磁同步电机控制方法主要采用双环(电流环、转速环)控制，其电流环主要采用解耦控制。实践表明，传统的控制方法由于解耦的准确性依赖于电机参数的准确性，而电机参数在电机运行过程中会随着工作环境的变化而发生变化，因此会造成解耦的不准确，从而对电机控制性能造成影响。基于此，有必要专利技术一种全新的永磁同步电机控制方法，以有效解决传统的永磁同步电机控制过程中因电机参数变化而造成解耦不准确的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决传统的永磁同步电机控制过程中因电机参数变化而造成解耦不准确的问题，提供了一种大功率表面式永磁同步电机控制方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种大功率表面式永磁同步电机控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤a在步骤d开始前运行；步骤b和步骤c在步骤d开始后与步骤d同时运行；a.参数的离线辨识过程：a1.在离线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；a2.定子电感的离线辨识过程：对永磁同步电机施加一个固定矢量的电压，并将该电压维持一定时间，由此对永磁同步电机的直轴进行定位；在定位过程中，永磁同步电机的永磁体磁链的直轴与所施加的电压方向一致，且永磁同步电机静止；此时，记录U相电流的稳态值；待定位结束后，停止对永磁同步电机施加电压，使得定子电流逐渐下降至零；此时，重新对永磁同步电机施加一个相同矢量的电压，使得定子电流逐渐上升并稳定，同时测量得到U相电流从施加电压开始到达稳态值的0.632倍时所需的时间t0.632；根据公式(1)，辨识得到离线的定子电感值公式(1)表示为：a3.永磁体磁链的离线辨识过程：永磁同步电机的数学模型表示为：当永磁同步电机采用id＝0控制，且运行到稳定状态时，Rsid＝0、Ldpid＝0、Lqpiq＝0、ωLdid＝0，公式(2)由此简化为：由可得：令永磁同步电机在id＝0且空载的情况下运行，则iq为极小值，且包含iq的项均可忽略，公式(4)由此等效为：公式(5)中：us表示定子电压值；ω表示电角速度；f表示定子频率；根据公式(5)，辨识得到离线的永磁体磁链值然后，关停永磁同步电机；b.参数的在线辨识过程：b1.采用模型参考自适应的方法，并采用通过Popov超稳定理论所得到的自适应率，得到在线辨识公式；在线辨识公式表示为：公式(6)-(8)中：Rs_old表示上一拍估计出的定子电阻值；Ls_old表示上一拍估计出的定子电感值；ψf_old表示上一拍估计出的永磁体磁链值；表示本拍估计出的定子电阻值；表示本拍估计出的定子电感值；表示本拍估计出的永磁体磁链值；表示在线辨识过程中估计出的定子电流励磁分量；表示在线辨识过程中估计出的定子电流转矩分量；和可利用估计出的电机参数并根据电机的数学模型计算得到；b2.在永磁同步电机的运行控制过程中，实时获取d轴电压值ud、q轴电压值uq、定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq、电角速度值ω；在在线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；将定子电阻值Rs4、离线的定子电感值离线的永磁体磁链值作为在线辨识的初始值；设定三组PI参数：PI参数Ki1、PI参数Kp1、PI参数Ki2、PI参数Kp2、PI参数Ki3、PI参数Kp3；b3.根据公式(6)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old，辨识得到本拍估计出的定子电感值b4.根据公式(7)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的定子电阻值Rs_old，辨识得到本拍估计出的定子电阻值b5.根据公式(8)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的永磁体磁链值ψf_old，辨识得到本拍估计出的永磁体磁链值c.参数的校正过程：c1.根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs_new；将定子电阻值Rs_new与本拍估计出的定子电阻值作差得到差值ΔRs；c2.将差值ΔRs取绝对值后与设定值ε1作差得到差值a；c3.若差值a震荡的幅值大于设定值b，则表明在线辨识未趋于稳定，此时调整三组PI参数，并返回步骤b；若差值a的平均值大于0，则表明在线辨识的精度未满足要求，此时调整三组PI参数，并返回步骤b；若差值a的幅值小于等于设定值b，且差值a的平均值小于等于0，则表明在线辨识趋于稳定，且在线辨识的精度满足要求，此时将本拍估计出的定子电感值作为在线的定子电感值将本拍估计出的永磁体磁链值作为在线的永磁体磁链值并将在线的定子电感值在线的永磁体磁链值运用到永磁同步电机的运行控制过程中；d.永磁同步电机的运行控制过程：控制环节产生6路PWM信号，并通过6路PWM信号控制永磁同步电机的三相逆变器，由此控制永磁同步电机的运行。与传统的永磁同步电机控制方法相比，本专利技术所述的一种大功率表面式永磁同步电机控制方法通过在永磁同步电机正式运行前对电机参数进行离线辨识，在永磁同步电机运行过程中对电机参数进行在线辨识和校正(通过定子电阻值进行校正)，使得电机参数在电机运行过程中始终保持准确，由此使得解耦始终保持准确，从而大幅提高了控制性能。本专利技术有效解决了传统的永磁同步电机控制过程中因电机参数变化而造成解耦不准确的问题，适用于永磁同步电机的控制，尤其适用于大功率表面式永磁同步电机的控制。附图说明图1是本专利技术的整体控制框图。图2是本专利技术中步骤b和步骤c的控制流程图。图3是本专利技术中步骤d的控制算法框图。图4是本专利技术中复合控制器的控制算法框图。图5是本专利技术中第一PI调节器的示意图。具体实施方式一种大功率表面式永磁同步电机控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤a在步骤d开始前运行；步骤b和步骤c在步骤d开始后与步骤d同时运行；a.参数的离线辨识过程：a1.在离线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；a2.定子电感的离线辨识过程：对永磁同步电机施加一个固定矢量的电压，并将该电压维持一定时间，由此对永磁同步电机的直轴进行定位；在定位过程中，永磁同步电机的永磁体磁链的直轴与所施加的电压方向一致，且永磁同步电机静止；此时，记录U相电流的稳态值；待定位结束后，停止对永磁同步电机施加电压，使得定子电流逐渐下降至零；此时，重新对永磁同步电机施加一个相同矢量的电压，使得定子电流逐渐上升并稳定，同时测量得到U相电流从施加电压开始到达稳态值的0.632倍时所需的时间t0.632；根据公式(1)，辨识得到离线的定子电感值公式(1)表示为：a3.永磁体磁链的离线辨识过程：永磁同步电机的数学模型表示为：当永磁同步电机采用id＝0控制，且运行到稳定状态时，Rsid＝0、Ldpid＝0、Lqpiq＝0、ωLdid＝0，公式(2)由此简化为：由可得：令永磁同步电机在id本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率表面式永磁同步电机控制方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：步骤a在步骤d开始前运行；步骤b和步骤c在步骤d开始后与步骤d同时运行；a.参数的离线辨识过程：a1.在离线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；a2.定子电感的离线辨识过程：对永磁同步电机施加一个固定矢量的电压，并将该电压维持一定时间，由此对永磁同步电机的直轴进行定位；在定位过程中，永磁同步电机的永磁体磁链的直轴与所施加的电压方向一致，且永磁同步电机静止；此时，记录U相电流的稳态值；待定位结束后，停止对永磁同步电机施加电压，使得定子电流逐渐下降至零；此时，重新对永磁同步电机施加一个相同矢量的电压，使得定子电流逐渐上升并稳定，同时测量得到U相电流从施加电压开始到达稳态值的0.632倍时所需的时间t0.632；根据公式(1)，辨识得到离线的定子电感值公式(1)表示为：Ls1^=Rs4t0.632---(1);]]>a3.永磁体磁链的离线辨识过程：永磁同步电机的数学模型表示为：ud=Rsid+Ldpid-ωLqiquq=Rsiq+Lqpiq+ωLdid+ωψf---(2);]]>当永磁同步电机采用id＝0控制，且运行到稳定状态时，Rsid＝0、Ldpid＝0、Lqpiq＝0、ωLdid＝0，公式(2)由此简化为：ud=ωLqiquq=Rsiq+ωψf---(3);]]>由可得：ψf=us2-(ωLqiq)2-Rsiqω=us2-(ωLqiq)2-Rsiq2πf---(4);]]>令永磁同步电机在id＝0且空载的情况下运行，则iq为极小值，且包含iq的项均可忽略，公式(4)由此等效为：ψf1^=usω=us2πf---(5);]]>公式(5)中：us表示定子电压值；ω表示电角速度；f表示定子频率；根据公式(5)，辨识得到离线的永磁体磁链值然后，关停永磁同步电机；b.参数的在线辨识过程：b1.采用模型参考自适应的方法，并采用通过Popov超稳定理论所得到的自适应率，得到在线辨识公式；在线辨识公式表示为：1L^s=1Ls_old+Ki2∫0t(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))dt+Kp2(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))---(6);]]>R^sL^s=Rs_oldLs_old-Ki1∫0t((id-i^d)i^d+(iq-i^q)i^q)dt-Kp1((id-i^d)i^d+(iq-i^q)i^q)---(7);]]>ψ^fL^s=ψf_oldLs_old-Ki3∫0tω(iq-i^q)dt-Kp3ω(iq-i^q)---(8);]]>公式(6)‑(8)中：Rs_old表示上一拍估计出的定子电阻值；Ls_old表示上一拍估计出的定子电感值；ψf_old表示上一拍估计出的永磁体磁链值；表示本拍估计出的定子电阻值；表示本拍估计出的定子电感值；表示本拍估计出的永磁体磁链值；表示在线辨识过程中估计出的定子电流励磁分量；表示在线辨识过程中估计出的定子电流转矩分量；和可利用估计出的电机参数并根据电机的数学模型计算得到；b2.在永磁同步电机的运行控制过程中，实时获取d轴电压值ud、q轴电压值uq、定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq、电角速度值ω；在在线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；将定子电阻值Rs4、离线的定子电感值离线的永磁体磁链值作为在线辨识的初始值；设定三组PI参数：PI参数Ki1、PI参数Kp1、PI参数Ki2、PI参数Kp2、PI参数Ki3、PI参数Kp3；b3.根据公式(6)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old，辨识得到本拍估计出的定子电感值b4.根据公式(7)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的定子电阻值Rs_old，辨识得到本拍估计出的定子电阻值b5.根据公式(8)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的永磁体磁链值ψf_old，辨识得到本拍估计出的永磁体磁链值c.参数的校正过程：c1.根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs_new；将定子电阻值Rs_new与本拍估计出的定子电阻值作差得到差值ΔRs；c2.将差值ΔRs取绝对值后与设定值ε1...

【技术特征摘要】
1.一种大功率表面式永磁同步电机控制方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：步骤a在步骤d开始前运行；步骤b和步骤c在步骤d开始后与步骤d同时运行；a.参数的离线辨识过程：a1.在离线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；a2.定子电感的离线辨识过程：对永磁同步电机施加一个固定矢量的电压，并将该电压维持一定时间，由此对永磁同步电机的直轴进行定位；在定位过程中，永磁同步电机的永磁体磁链的直轴与所施加的电压方向一致，且永磁同步电机静止；此时，记录U相电流的稳态值；待定位结束后，停止对永磁同步电机施加电压，使得定子电流逐渐下降至零；此时，重新对永磁同步电机施加一个相同矢量的电压，使得定子电流逐渐上升并稳定，同时测量得到U相电流从施加电压开始到达稳态值的0.632倍时所需的时间t0.632；根据公式(1)，辨识得到离线的定子电感值公式(1)表示为：a3.永磁体磁链的离线辨识过程：永磁同步电机的数学模型表示为：当永磁同步电机采用id＝0控制，且运行到稳定状态时，Rsid＝0、Ldpid＝0、Lqpiq＝0、ωLdid＝0，公式(2)由此简化为：由可得：令永磁同步电机在id＝0且空载的情况下运行，则iq为极小值，且包含iq的项均可忽略，公式(4)由此等效为：公式(5)中：us表示定子电压值；ω表示电角速度；f表示定子频率；根据公式(5)，辨识得到离线的永磁体磁链值然后，关停永磁同步电机；b.参数的在线辨识过程：b1.采用模型参考自适应的方法，并采用通过Popov超稳定理论所得到的自适应率，得到在线辨识公式；在线辨识公式表示为：公式(6)-(8)中：Rs_old表示上一拍估计出的定子电阻值；Ls_old表示上一拍估计出的定子电感值；ψf_old表示上一拍估计出的永磁体磁链值；表示本拍估计出的定子电阻值；表示本拍估计出的定子电感值；表示本拍估计出的永磁体磁链值；表示在线辨识过程中估计出的定子电流励磁分量；表示在线辨识过程中估计出的定子电流转矩分量；和可利用估计出的电机参数并根据电机的数学模型计算得到；b2.在永磁同步电机的运行控制过程中，实时获取d轴电压值ud、q轴电压值uq、定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq、电角速度值ω；在在线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；将定子电阻值Rs4、离线的定子电感值离线的永磁体磁链值作为在线辨识的初始值；设定三组PI参数：PI参数Ki1、PI参数Kp1、PI参数Ki2、PI参数Kp2、PI参数Ki3、PI参数Kp3；b3.根据公式(6)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old，辨识得到本拍估计出的定子电感值b4.根据公式(7)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的定子电阻值Rs_old，辨识得到本拍估计出的定子电阻值b5.根据公式(8)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞峰，詹哲军，李学亮，张雅琨，李昊，霍雨翔，李晓辉，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14