一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，具体步骤为：测量永磁同步电机第一种稳定带载工况下的参数进而得到对应的旋转坐标系下的参数；从t＝0时刻开始，以预设的时间间隔T在线测量永磁同步电机第二种带载工况下的参数进而得到对应的旋转坐标系下的参数；利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵；利用第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算第k次即kT时刻永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化。

A Parameter Identification Method of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Least Square Method

【技术实现步骤摘要】
一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法
本专利技术属于永磁电机领域，具体涉及一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法。
技术介绍
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。此时转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机(generator)用；此外，当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能，永磁同步电机作电动机(motor)用。在永磁同步电机的运行过程中，随着永磁同步电机负载、环境温度的变化，永磁同步电机的电枢电阻、直轴电抗、交轴电抗参数会随着永磁同步电机的运行而变化，因此合适的参数在线辨识方法对于高精度永磁同步电机控制系统非常重要。在现有的电机参数在线辨识方法中，最小二乘法尤其是递推最小二乘法以其占用的运算资源少而被广泛应用。但在传统的辨识方法中，由于基于旋转坐标系只有两个独立的电压方程，难以辨识永磁同步电机电枢电阻、直轴电抗、交轴电抗三个未知量。专利技术专利201410572637.8提出了一种可通过最小二乘法辨识电枢电阻、直轴电抗、交轴电抗的方法，其特点在于，建立了第一数学模型和第二数学模型，按其特定逻辑顺序进行迭代然而，由于第一数学模型的构建基于电枢电阻的初值已知的情况，对于初值的选取有较高要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其通过测量永磁同步电机两种带载工况下的参数进而得到对应的旋转坐标系下的参数；利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解最小二乘法的求解矩阵；利用最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，具体步骤为：S1.测量永磁同步电机第一种稳定带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；S2.从t＝0时刻开始，以预设的时间间隔T在线测量得到永磁同步电机第二种带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；利用两组永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组整理得到最小二乘法的方程组，进一步得到最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵；从k＝1开始计算，分别利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵；S3.利用第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算第k次即kT时刻永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1具体为：通过Park变换得到旋转坐标系下的直轴电流id、交流电流iq、直轴电压ud、交轴电压uq和电角速度we，进一步得到永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组为：其中，Rs、Ld和Lq分别为所求永磁同步电机的电枢电阻、直轴电抗和交轴电抗，ψf为永磁同步电机的磁链值。作为本专利技术的进一步改进，最小二乘法的方程组：其中，ud1、uq1、id1、iq1和we1分别为永磁同步电机第一种带载工况下对应的直轴电压值、交轴电压值、直轴电流值、交轴电流值和电角速度值；ud2、uq2、id2、iq2和we2分别为永磁同步电机第二种带载工况下对应的直轴电压值、交轴电压值、直轴电流值、交轴电流值和电角速度值。作为本专利技术的进一步改进，最小二乘法的第一推导矩阵为：ud2,k、uq2,k、id2,k、iq2,k和we2,k分别为永磁同步电机第二种带载工况下第k次即kT时刻在线测量得到的直轴电压值、交轴电压值、直轴电流值、交轴电流值和电角速度值；最小二乘法的第二推导矩阵为：最小二乘法的求解矩阵为：Rsk、Ldk和Lqk分别为永磁同步电机第k次即kT时刻计算得到的电枢电阻、直轴电抗和交轴电抗值。作为本专利技术的进一步改进，利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵γ(k)和第二中间矩阵P(k)进行求解最小二乘法的求解矩阵具体为：P(k)＝[I-γ(k)ΨT(k)]P(k-1)其中，和P(0)为给定的初始值，I为单位对接矩阵，α为给定的单位系数，利用P(0)＝αI求解出单位对接矩阵I，作为一个示例，α为100或1000或10000；P(k-1)、和Ψ(k-1)分别为第k-1次即(k-1)T时刻对应的第二中间矩阵、求解矩阵和第二推导矩阵，ΨT(k)和ΨT(k-1)分别为Ψ(k)和Ψ(k-1)的转置矩阵。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3具体为：利用现有控制算法计算第k次即kT时刻旋转坐标系下的直轴电流idk和交流电流iqk，利用弱磁控制反馈的电流直轴分量Δid补偿得到第k次即kT时刻旋转坐标系下补偿后的直轴电流idk'＝idk+Δidk，进一步计算得到k次即kT时刻永磁同步电机的弱磁控制的直轴电压值u*dk和交轴电压值u*qk为：作为本专利技术的进一步改进，现有控制算法可以为MTPA控制或滑模控制或无位置控制技术。作为本专利技术的进一步改进，通过永磁同步电机的端电压与允许最大母线电压大小的比较判断永磁同步电机是否进入弱磁区域。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术的一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其通过测量永磁同步电机两种带载工况下的参数进而得到对应的旋转坐标系下的参数；利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解最小二乘法的求解矩阵；利用最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化，从而解决现有技术中无法在参数完全未知的情况下得到电机的电枢电阻、直轴电抗、交轴电抗参数，实时在线获得运行过程中电机的电枢电阻、直轴电抗、交轴电抗值，并能保证计算精度，同时，辨识方程只用了一套数学模型，简化算法的计算量。本专利技术的一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其电机控制方法包括现有控制算法和弱磁控制算法结合，两种算法的切换点，通过电机端电压矢量幅值与母线电压幅值进行比较切换，现有控制算法通过电压极限圆、电流极限椭圆和转矩方程得到旋转坐标下的两相电流的关系，按照二者的关系对电流进行控制，从而提高控制精度，增大输出转矩。本专利技术的一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，选取两种带载运行工况，分别建立直轴、交轴电压方程，通过四个方程建立用于迭代的方程组，并将任意设置的电阻、电抗初值代入方程组，通过递推最小二乘法进行逼近，计算得一组更接近真实值的电阻、电抗值，其辨识过程种将新计算得的电阻、电抗的代入值更新，重新根据参数辨识方程计算电阻、电抗值，按前述计算过程不断地将新的电阻、电抗值代入进行参数辨识的数学方程组进行迭代，不断得到比前一次更接近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，具体步骤为：S1.测量永磁同步电机第一种稳定带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；S2.从t＝0时刻开始，以预设的时间间隔T在线测量得到永磁同步电机第二种带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；利用两组永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组整理得到最小二乘法的方程组，进一步得到最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵；从k＝1开始计算，分别利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵；S3.利用第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算第k次即kT时刻永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化。

【技术特征摘要】
1.一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，具体步骤为：S1.测量永磁同步电机第一种稳定带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；S2.从t＝0时刻开始，以预设的时间间隔T在线测量得到永磁同步电机第二种带载工况下的三相相电流、三相线电压和转速信号，进而得到对应的旋转坐标系下的直轴电流、交流电流、直轴电压、交轴电压和电角速度，进一步得到对应的永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组；利用两组永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组整理得到最小二乘法的方程组，进一步得到最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵；从k＝1开始计算，分别利用最小二乘法的第一推导矩阵、第二推导矩阵、第一中间矩阵和第二中间矩阵进行求解第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵；S3.利用第k次即kT时刻最小二乘法的求解矩阵的对应参数值计算第k次即kT时刻永磁同步电机的弱磁控制参数值，以实现永磁同步电机出力的最大化。2.根据权利要求1所述的一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，步骤S1具体为：通过Park变换得到旋转坐标系下的直轴电流id、交流电流iq、直轴电压ud、交轴电压uq和电角速度we，进一步得到永磁同步电机旋转坐标系下的电压方程组为：其中，Rs、Ld和Lq分别为所求永磁同步电机的电枢电阻、直轴电抗和交轴电抗，ψf为永磁同步电机的磁链值。3.根据权利要求1或2所述的一种利用最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述最小二乘法的方程组：其中，ud1、uq1、id1、iq1和we1分别为永磁同步电机第一种带载工况下对应的直轴电压值、交轴电压值、直轴电流值、交轴电流值和电角速度值；ud2、uq2、id2、iq2和we2分别为永磁同步电机第二种带载工况下对应的直轴电压值、交轴电压值、直轴电流值、交轴电流值和电角速度值。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，徐蕴镠，孙宋君，徐百川，
申请(专利权)人：华中科技大学，深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42