基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，涉及永磁同步电机控制领域，该方法通过向永磁同步电机中注入高频正弦电压，然后采集电机实时相电流，经过坐标变换、数学计算以及一阶低通滤波滤除信号中的高频成分得到用于辨识的电流信号、和，然后利用闭环跟踪的方式，最终可以准确辨识出磁极初始位置、定子相电阻、直轴电感和交轴电感。直轴电感和交轴电感。直轴电感和交轴电感。

【技术实现步骤摘要】
基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机领域，尤其是一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机以其功率密度大、效率高、噪音小、转速调节范围宽等特点，被广泛用于两轮电动自行车、高速电动摩托车及电动汽车上。在永磁同步电机驱动器软件开发过程中，准确辨识出电机参数至关重要，需要准确辨识出的电机参数主要包括：1、转子磁极初始位置，其重要性表现在如几方面：(1)只有在电机启动之前准确获得磁极初始位置，才能在启动及加速过程中输出最大扭矩，从而挖掘出电机爬坡及加速的最大能力。(2)在高速电动摩托车及电动汽车上使用的一般都是内插式永磁同步电机(IPM)，对于这类电机，为了在低速恒扭矩区输出最大扭矩，并在高速恒功率区获得快速的弱磁电流响应，需要在台架上提前对电机进行标定。如果后期在批量生产过程中电机的磁极初始位置不准确，则恒扭矩区输出扭矩达不到标定时的值，恒功率区输出不了标定的最大功率，全转速范围内电机效率将显著下降。更为严重的是可能导致运行失控，如松油门转速会继续上升，踩刹车停不下来等情况，从而酿成交通事故。
[0003]2、定子相电阻、轴电感和轴电感，其用途包括如下两方面：(1)用于电流闭环控制时轴和轴之间的前馈解耦。(2)用于对轴和轴电流闭环PI系数进行参数自整定，以从而避免繁琐的手动调整过程。
[0004]采用高频电压注入法来辨识出上述电机参数是目前常用的方法，但是传统的高频电压注入法为了简化数学模型，忽略了定子相电阻，但是这样会导致两个不利的结果：一是电机动态方程中不含有定子相电阻项，所以不能在没有其它方法辅助条件下直接辨识出定子相电阻。二是由于忽略引起的有功功率，即认为功率因素角为度，所以在辨识出的磁极初始位置里就会含有误差项，为角频率，为电机电感，从而在一定程度上影响磁极初始位置辨识的精度。这种影响会引起实际轴电流参考值与标定数据之间的偏差，这种偏差对高速恒功率区运行时的性能影响尤为明显，通常认为要想保证永磁同步电机全速度范围内的高效率运行，电机磁极初始位置辨识电角度误差不能超过。因此目前的高频电压注入法所实现的电机参数辨识的精确度不够，从而影响了整个电机的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，本专利技术的技术方案如下：一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，该方法包括：在转子估算旋转坐标系中给永磁同步电机注入第一高频正弦电压，其中给轴施加电压为、给轴施加电压为0；转子估算旋
转坐标系的坐标原点与定子两相静止坐标系的坐标原点重合，转子估算旋转坐标系的轴与轴相互垂直；表示跟踪角度且为轴与定子两相静止坐标系中的轴之间的夹角，定子两相静止坐标系中的轴与永磁同步电机的A相轴线重合，为角频率，为电压幅值，表示时间，为虚数单位；对采集到的永磁同步电机的A相第一实时电流和B相第一实时电流转换到转子估算旋转坐标系中得到与跟踪角度相关的轴估算电流和轴估算电流为；基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型、利用PI控制器对设计角度闭环跟踪系统，基于角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度辨识得到磁极初始位置估算角，在角度闭环跟踪系统达到稳定状态时利用和辨识得到定子相电阻估算值和直轴电感估算值，其中函数表示一阶低通滤波算法；在方向给永磁同步电机注入第二高频正弦电压，并基于采集到的永磁同步电机的A相第二实时电流和B相第二实时电流辨识得到交轴电感估算值。
[0006]其进一步的技术方案为，对设计角度闭环跟踪系统，包括：基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定轴估算电流的表达式为：；其中，，；对轴估算电流乘以，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的高频成分再乘以
‑
1得到表示为：
；基于的表达式设计角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度依次经过和表示为的一阶低通滤波算法，将参考值0与的输出的差值作为PI控制器的输入；其中滤波常数，是滤波截止频率且，是角度跟踪精度，是第一高频正弦电压的频率且有，是直轴电感，是交轴电感，是定子相电阻，是磁极初始位置实际角，其中PI控制器的控制律为且积分系数，为平面参数，为表示设计裕量的系数。
[0007]其进一步的技术方案为，该方法还包括：对的表达式简化为：；基于的取值在0的误差范围内的特征，进一步对的表达式简化为；基于简化后的表达式对角度闭环跟踪系统进行简化，得到简化后的角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度与干扰项的输出的差值经过被控对象，将角度0与被控对象的输出的差值作为PI控制器的输入，被控对象包括依次经过的和，磁极初始位置实际角经过作为干扰项的输出；基于简化后的角度闭环跟踪系统进行PI控制器的参数整定得到积分系数。
[0008]其进一步的技术方案为，基于简化后的角度闭环跟踪系统进行PI控制器的参数整定，包括：结合的设定对简化后的角度闭环跟踪系统中的被控对象
处理为；对于控制律设定为的PI控制器，按照临界阻尼进行整定取；基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型确定得到轴估算电流的表达式，并对轴估算电流的表达式乘以，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的高频成分得到的表达式为：；在取且设定的基础上，将的表达式简化为，结合并取倍设计裕量，得到积分系数，将代入得到积分系数。
[0009]其进一步的技术方案为，基于永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定轴估算电流的表达式包括：结合第一高频正弦电压注入时电机转速的特征，将永磁同步电机在转子实际旋转坐标系中的包括定子相电阻的电机动态模型简化为，表示轴电压，表示轴电压，表示轴电流，表示轴电流，表示转子永磁体产生的链过定子的磁链，转子实际旋转坐标系的坐标原点与转子估算旋转坐标系的坐标原点以及定子两相静止坐标系的坐标原点均重合，转子实际旋转坐标系的轴与轴相互垂直；将第一高频正弦电压转换到转子实际旋转坐标系中得到，并代入简化后的电机动态模型中，得到转子实际旋转坐标
系中的和的表达式为：；去除和中的瞬态过程项，得到电流稳定后的表达式为：；将电流稳定后的转子实际旋转坐标系中的和变换到转子估算旋转坐标系中，得到轴估算电流和轴估算电流的表达式为：。
[0010]其进一步的技术方案为，基于角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度辨识得到磁极初始位置估算角，包括：当确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态时，向和方向分别注入相同的电压矢量，经过相同的时间间隔后分别采集响应电流矢量，若方向的响应电流矢
量的幅值小于方向的响应电流矢量的幅值，则确定磁极初始位置估算角，否则确定磁极初始位置估算角。
[0011]其进一步的技术方案为，该方法还包括：在角度闭环跟踪系统运行过程中，计算最近历史时长内PI控制器输出的所有跟踪角度的最大值与最小值的角度差值，当角度差值时确定角度闭环跟踪系统达到稳定状态，并将历史时长内PI控制器输出的所有跟踪角度的均值作为角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于考虑相电阻的高频电压注入法的电机参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括：在转子估算旋转坐标系中给永磁同步电机注入第一高频正弦电压，其中给轴施加电压为、给轴施加电压为0；所述转子估算旋转坐标系的坐标原点与定子两相静止坐标系的坐标原点重合，所述转子估算旋转坐标系的轴与轴相互垂直；表示跟踪角度且为轴与所述定子两相静止坐标系中的轴之间的夹角，所述定子两相静止坐标系中的轴与所述永磁同步电机的A相轴线重合，为角频率，为电压幅值，表示时间，为虚数单位；对采集到的所述永磁同步电机的A相第一实时电流和B相第一实时电流转换到所述转子估算旋转坐标系中得到与跟踪角度相关的轴估算电流和轴估算电流为；基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型、利用PI控制器对设计角度闭环跟踪系统，基于所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时的跟踪角度辨识得到磁极初始位置估算角，在所述角度闭环跟踪系统达到稳定状态时利用和辨识得到定子相电阻估算值和直轴电感估算值，其中函数表示一阶低通滤波算法；在方向给所述永磁同步电机注入第二高频正弦电压，并基于采集到的所述永磁同步电机的A相第二实时电流和B相第二实时电流辨识得到交轴电感估算值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对设计角度闭环跟踪系统，包括：基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型，确定轴估算电流的表达式为：；
其中，，；对轴估算电流乘以，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的高频成分再乘以
‑
1得到表示为：；基于的表达式设计角度闭环跟踪系统为：将PI控制器输出的跟踪角度依次经过和表示为的一阶低通滤波算法，将参考值0与的输出的差值作为所述PI控制器的输入；其中滤波常数，是滤波截止频率且，是角度跟踪精度，是所述第一高频正弦电压的频率且有，是直轴电感，是交轴电感，是定子相电阻，是磁极初始位置实际角，其中所述PI控制器的控制律为且积分系数，为平面参数，为表示设计裕量的系数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对的表达式简化为：；基于的取值在0的误差范围内的特征，进一步对的表达式简化为；基于简化后的表达式对所述角度闭环跟踪系统进行简化，得到简化后的角度闭环跟踪系统为：将所述PI控制器输出的跟踪角度与干扰项的输出的差值经过被控对象，将角度0与被控对象的输出的差值作为所述PI控制器的输入，所述被控对象包括依次经过的和，磁极初始位置实际角经过作为干扰项的输出；
基于简化后的角度闭环跟踪系统进行所述PI控制器的参数整定得到所述积分系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于简化后的角度闭环跟踪系统进行所述PI控制器的参数整定，包括：结合的设定对简化后的角度闭环跟踪系统中的被控对象处理为；对于控制律设定为的所述PI控制器，按照临界阻尼进行整定取；基于所述永磁同步电机的包括定子相电阻的电机动态模型确定得到轴估算电流的表达式，并对轴估算电流的表达式乘以，并使用一阶低通滤波算法滤除其中的高频成分得到的表达式为：；在取且设定的基础上，将的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈正言，杜克峰，
申请(专利权)人：无锡凌博电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：