永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统，涉及永磁同步电机控制技术领域。本发明专利技术将永磁同步电机离线参数辨识与无位置传感器控制结合，采用基于定子三相电流的电机参数辨识和基于模型参考自适应的永磁同步电机无位置传感器控制方法，设计过程简单，系统通用性强。所述电机参数辨识通过控制逆变器开通关断，采集电流信号，计算定子电阻Rs、直轴电感Ld、交轴电感Lq和永磁磁链Ψf。本发明专利技术的技术方案可以实现永磁同步电机参数辨识与无位置传感器运行的自动化流程，适用于不同参数的永磁同步电机控制，从而提高了系统的通用性与可靠性，且降低了控制系统的成本。

Permanent Magnet Synchronous Motor Parameter Identification and Sensorless Control Method and System

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统
本专利技术涉及永磁同步电机控制
，尤其涉及一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统。
技术介绍
永磁同步电机因为其高功率密度，高效率，易于控制等特点，受到广泛应用。如今，永磁电机的矢量控制技术已经发展得十分成熟。其中，使用位置传感器获取转子位置已经可以使矢量控制达到很高的精度。然而，高精度、高响应的速度和位置传感器的成本较高，且位置传感器的损坏会降低了统的可靠性；因此，在一些低成本以及对空间要求较高的场合，可以采用无位置传感器控制方法。模型参考自适应方法作为永磁同步电机无位置传感器控制方法的一种。这种方法电机自身作为参考模型，避免了参考模型不准确带来的影响。将参考模型的输出与实际输出经自适应率计算，即可得到电机转速与转子位置的估算值。该方法简单，稳态精度高。但由于可调模型或者参考模型的计算依赖于电机参数，因此同一套参数不能使用于不同的电机，所以对于参数位置的永磁同步电机，有必要对其参数进行辨识。因此，本专利技术提出将参数辨识与无位置传感器控制整合进一套系统，可以实现参数辨识与无位置传感器控制的自动化流程，适用于不同参数的永磁同步电机控制，从而提高了系统的通用性与可靠性。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种将永磁同步电机参数辨识与无位置传感器控制结合的方案，无位置传感器控制方法所需要的电机基本参数由参数辨识结果提供，旨在提高控制系统的通用性与可靠性。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提出一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，包括如下步骤：步骤1，实时获取永磁同步电机三相绕组中任意两相电流以及直流母线电压；步骤2，对电机任意两相绕组施加PWM电压信号，根据电流响应计算定子电阻Rs；步骤3，对电机三相绕组施加PWM电压信号，使转子分别定位于直轴位置和交轴位置。定位完成后，对电机VW相施加PWM电压信号，根据电流响应计算直轴电感Ld和交轴电感Lq；步骤4，保持电机空载，对电机绕组施加固定幅值和转速的旋转电压矢量，经SVPWM调制获得PWM控制信号，使得定子电流产生旋转磁场，拖动转子旋转。根据定子电压方程，结合所述直轴电感Ld和交轴电感Lq的辨识结果，计算永磁磁链Ψf；步骤5，将所述定子电阻Rs、直轴电感Ld、交轴电感Lq和永磁磁链Ψf代入到永磁同步电机定子电压方程中。将所述电压方程作为模型参考自适应方法的可调模型，直轴电压ud、交轴电压uq和估计转速作为输入，估计直轴电流和交轴电流作为输出；步骤6，利用估计位置对电机三相电流进行Clark和Park变换，得到直轴电流直轴电流id和交轴电流iq；步骤7，依据波波夫稳定性判据构建模型参考自适应控制方法的自适应率。直轴电流id、交轴电流iq、估计直轴电流和估计交轴电流作为所述自适应率的输入，估计转速作为输出；步骤8，对所述估计转速积分得到所述估计位置利用所述估计位置对同步旋转坐标系下的定子电压进行反Park变换，经SVPWM调制获得PWM控制信号，通过逆变器实现永磁同步电机无位置传感器控制。第二方面，本专利技术提出一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制系统：该系统包括电流采集模块、转速与位置估算模块、转速环PI调节模块、电流环PI调节模块、Clark变换模块、Park变换模块、反Park变换模块、SVPWM波发生模块、逆变器模和三相永磁同步电机。所述电流采集模块，用于实时采集电机任意两相绕组电流，第三相绕组电流由两相绕组电流计算得到；所述转速与位置估算模块，采用模型参考自适应方法设计，采集直轴和交轴电流、电压信号，用于为控制系统实时提供估算电机转速和转子位置；所述转速环PI调节模块，用于使电机跟踪给定转速，其输出为交轴参考电流；所述电流环PI调节模块，用于使电机跟踪给定电流，其输出为直轴参考电压和交轴参考电压；所述Clark变换模块，用于将三相静止坐标系下的定子电流变换到两相静止坐标系下；所述Park变换模块，用于将两相静止坐标系下的定子电流变换到两相旋转坐标系下；所述反Park变换模块，用于将两相旋转坐标系下的定子电压变换到两相静止坐标系下；所述SVPWM波发生模块，用于输出逆变器PWM控制信号；所述逆变器和三相永磁同步电机模块，是本系统的执行机构。本专利技术提出一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统，与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：(1)本专利技术采用基于模型参考自适应的永磁同步电机无位置传感器控制，通过采集电流信号估计电机转速和转子位置信号，设计过程简单；(2)模型参考自适应方法利用参考模型与可调模型的输出之差，通过自适应率来调节，实现可调模型输出对参考模型输出的跟踪，实现对电机转速的估算。自适应率本身是一个PI调节过程，能够减少或消除静差，可以减小慰藉干扰和参数改变对估算结果的影响；(3)本专利技术将永磁同步电机参数辨识与无位置传感器控制方法整合在同一个系统中，可以实现针对不同的永磁同步电机的参数辨识—无位置传感器控制自动化运行。提高了系统的通用性与可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。图1是本专利技术实施例的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中永磁同步电机电阻辨识过程的原理图；图3是本专利技术实施例的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例中基于模型参考自适应的永磁同步电机控制方法原理图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术实施例的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法包括：步骤1，实时获取永磁同步电机三相绕组中任意两相电流以及直流母线电压；步骤2，对电机任意两相绕组施加PWM电压信号，根据电流响应计算定子电阻Rs；步骤3，对电机三相绕组施加PWM电压信号，使转子分别定位于直轴位置和交轴位置。定位完成后，对电机VW相施加PWM电压信号，根据电流响应计算直轴电感Ld和交轴电感Lq；步骤4，保持电机空载，对电机绕组施加固定幅值和转速的旋转电压矢量，经SVPWM调制获得PWM控制信号，使得定子电流产生旋转磁场，拖动转子旋转。根据定子电压方程，结合所述直轴电感Ld和交轴电感Lq的辨识结果，计算永磁磁链Ψf；步骤5，将所述定子电阻Rs、直轴电感Ld、交轴电感Lq和永磁磁链Ψf代入到永磁同步电机定子电压方程中。将所述电压方程作为模型参考自适应方法的可调模型，直轴电压ud、交轴电压uq和估计转速作为输入，估计直轴电流和交轴电流作为输出；步骤6，利用估计位置对电机三相电流进行Clark和Park变换，得到直轴电流直轴电流id和交轴电流iq；步骤7，依据波波夫稳定性判据构建模型参考自适应控制方法的自适应率。直轴电流id、交轴电流iq、估计直轴电流和估计交轴电流作为所述自适应率的输入，估计转速作为输出；步骤8，对所述估计转速积分得到所述估计位置利用所述估计位置对同步旋转坐标系下的定子电压进行反Park变换，经SVPWM调制获得PWM控制信号，通过逆变器实现永磁同步电机无位置传感器控制。在本实施例中，通过对永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，实时获取永磁同步电机三相绕组中任意两相电流以及直流母线电压；步骤2，对电机任意两相绕组施加PWM电压信号，根据电流响应计算定子电阻Rs。步骤3，对电机三相绕组施加PWM电压信号，使转子分别定位于直轴位置和交轴位置。定位完成后，对电机VW相施加PWM电压信号，根据电流响应计算直轴电感Ld和交轴电感Lq；步骤4，保持电机空载，对电机绕组施加固定幅值和转速的旋转电压矢量，经SVPWM调制获得PWM控制信号，使得定子电流产生旋转磁场，拖动转子旋转。根据定子电压方程，结合所述直轴电感Ld和交轴电感Lq的辨识结果，计算永磁磁链Ψf；步骤5，将所述定子电阻Rs、直轴电感Ld、交轴电感Lq和永磁磁链Ψf代入到永磁同步电机定子电压方程中。将所述电压方程作为模型参考自适应方法的可调模型，直轴电压ud、交轴电压uq和估计转速

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，实时获取永磁同步电机三相绕组中任意两相电流以及直流母线电压；步骤2，对电机任意两相绕组施加PWM电压信号，根据电流响应计算定子电阻Rs。步骤3，对电机三相绕组施加PWM电压信号，使转子分别定位于直轴位置和交轴位置。定位完成后，对电机VW相施加PWM电压信号，根据电流响应计算直轴电感Ld和交轴电感Lq；步骤4，保持电机空载，对电机绕组施加固定幅值和转速的旋转电压矢量，经SVPWM调制获得PWM控制信号，使得定子电流产生旋转磁场，拖动转子旋转。根据定子电压方程，结合所述直轴电感Ld和交轴电感Lq的辨识结果，计算永磁磁链Ψf；步骤5，将所述定子电阻Rs、直轴电感Ld、交轴电感Lq和永磁磁链Ψf代入到永磁同步电机定子电压方程中。将所述电压方程作为模型参考自适应方法的可调模型，直轴电压ud、交轴电压uq和估计转速作为输入，估计直轴电流和交轴电流作为输出；步骤6，利用估计位置对电机三相电流进行Clark和Park变换，得到直轴电流直轴电流id和交轴电流iq；步骤7，依据波波夫稳定性判据构建模型参考自适应控制方法的自适应率。直轴电流id、交轴电流iq、估计直轴电流和估计交轴电流作为所述自适应率的输入，估计转速作为输出；步骤8，对所述估计转速积分得到所述估计位置利用所述估计位置对同步旋转坐标系下的定子电压进行反Park变换，经SVPWM调制获得PWM控制信号，通过逆变器实现永磁同步电机无位置传感器控制。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述步骤1到步骤4中可以作为第一部分，用于离线辨识永磁同步电机参数，为步骤5到步骤8的无位置控制算法提供参数。3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述步骤5到步骤8可以作为第二部分，用于对永磁同步电机进行无位置传感器控制。所述无位置传感器控制方法采用模型参考自适应方法，所述模型参考自适应方法所需电机参数由第一部分提供。4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1，根据对电机两相绕组依次施加占空比为D1的PWM电压信号时的电路状态，获得第一公式，所述第一公式为：Uav1＝(UDC-UIGBT)×D1+(-UDC-UDIODE)×(1-D1)其中，Uav1为PWM信号占空比为D1时施加在两相绕组的平均电压，UDC为直流母线电压，UIGBT为逆变器开关器件压降，UDIODE为逆变器反向二极管导通时的压降，Uav1为PWM；步骤2.2，改变所述PWM电压信号的占空比为D2，获得第二公式，所述第二公式为：Uav2＝(UDC-UIGBT)×D2+(-UDC-UDIODE)×(1-D2)其中，Uav1为PWM信号占空比为D1时施加在两相绕组的平均电压；步骤2.3，将所述第一公式和第二公式相减，得到第三公式，所述第三公式为：Uav1-Uav2＝2UDC×(D1-D2)+(UDIODE-UIGBT)×(D1-D2)由于(UIGBT-UDIODE)＜＜2UDC，可以忽略第三公式右边的第二项；步骤2.4，根据所述第三公式可以推得计算定子电阻Rs的第四公式，所述第四公式为：其中，I1为在电机两相绕组上施加占空比为D1的PWM电压信号时的响应电流，I2为在电机两相绕组上施加占空比为D2的PWM电压信号时的响应电流。5.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤3.1，对三相绕组施加PWM电压信号，使得U相上桥臂和VW相下桥臂同时导通...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海啸，姜朋昌，崔波亮，吴旭东，
申请(专利权)人：南京奇智控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32