永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識方法、裝置及控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識方法，屬于同步電機(jī)參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著變頻調(diào)速控制技術(shù)在同步電機(jī)方面的應(yīng)用，同步電機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣 泛，常用的高性能變頻調(diào)速控制技術(shù)包括無速度傳感器的矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)， 這兩種控制技術(shù)均以同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，需要獲取電機(jī)的參數(shù)，例如：定子電阻， 交直軸電感，磁鏈系數(shù)。我們這里主要給出一種測量交直軸電感和定子電阻的方法。
[0003] 傳統(tǒng)的測量直軸和交軸電感的方法是向電機(jī)d、q軸方向分別發(fā)脈沖電壓矢量，通 過獲得d、q軸電流和電壓計(jì)算求出d軸和q軸電氣時(shí)間常數(shù)，從而求解d軸、q軸電感。該 測量電感的方法需要在電流穩(wěn)態(tài)之前進(jìn)行電流采樣。由于該方法在d軸直流定位后切斷電 機(jī)供電，電機(jī)處于自由狀態(tài)，再給電機(jī)施加d、q軸固定電壓脈沖，由于固定脈沖時(shí)間較短沒 有d軸定位的作用，直流定位的角度容易受電機(jī)機(jī)械軸上的摩擦力和重力改變，從而使d軸 定位不準(zhǔn)確，影響測量電感的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種永磁同步電機(jī)參數(shù) 辨識方法，可獲得更準(zhǔn)確的永磁同步電機(jī)參數(shù)。
[0005] -種永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識方法，向所述永磁同步電機(jī)輸入一個(gè)方向與電機(jī)定子 A相軸線方向相同的電流或電壓脈沖矢量，同時(shí)向所述永磁同步電機(jī)的B相與C相之間輸入 一個(gè)平均電壓為零，且包含非零電壓脈沖的電壓激勵信號，在此過程中對永磁同步電機(jī)的 各相電流進(jìn)行采樣；然后，依據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)采樣得到的三相電流，結(jié)合所輸入的電 流或電壓脈沖矢量、激勵電壓信號的參數(shù)，計(jì)算得到所述永磁同步電機(jī)的定子電阻、直軸電 感、交軸電感。
[0006] 優(yōu)選地，根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相電流的直流分量以及所輸入的電流或電壓 脈沖矢量的電壓平均值的模，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的定子電阻。具體地，永磁同步電機(jī)的 定子電阻Rs的計(jì)算公式如下：
[0008] 式中，Ua為所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓平均值的模，I3為電機(jī)三相電流 穩(wěn)態(tài)時(shí)A相電流的直流分量。
[0009] 優(yōu)選地，根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)紋波電流的最大值和最小值， 以及所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓幅值，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的直軸電感。具體 地，永磁同步電機(jī)的直軸電感Ld的計(jì)算公式為：
[0011] 其中，I_ax、1"_分別表示電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)紋波電流的最大 值、最小值，△ 1^表不電機(jī)A相的導(dǎo)通時(shí)間，ud。表不所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓幅 值。
[0012] 根據(jù)采樣情況的不同，可采用以下幾種方法計(jì)算永磁同步電機(jī)的交軸電感：
[0013] 方法一、根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)采樣點(diǎn)上獲得的B相電流與C相電流之差， 計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的交軸電感；設(shè)所述電壓激勵信號中任意一個(gè)非零電壓脈沖的起、 止時(shí)刻分別為ta、tb，所述兩個(gè)采樣點(diǎn)均位于[ta，tb]的時(shí)間范圍內(nèi)；交軸電感Lq的計(jì)算 公式為：
[0017] 其中，tpt2分別表示所述兩個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻，RsS永磁同步電機(jī)的定子電阻， AIb?！埂IbU分別表示ti、t2時(shí)刻的B相電流與C相電流之差，Ud。表示所述非零電壓脈沖 的電壓幅值。
[0018] 方法二、根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)連續(xù)采樣獲得的B相電流與C相電流之差的最 大值、最小值，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的交軸電感；設(shè)所述電壓激勵信號中任意一個(gè)非零電 壓脈沖X的前一個(gè)相鄰電壓脈沖的起、止時(shí)刻分別為tal、tbl，非零電壓脈沖X的后一個(gè)相 鄰電壓脈沖的起、止時(shí)刻分別為ta2、tb2 ;如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖均為非零電壓脈沖，則所 述連續(xù)采樣的起、止時(shí)刻分別為tbl時(shí)刻和ta2時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖均為零電壓脈 沖，則所述連續(xù)采樣的起始時(shí)刻為tal與tbl之間的任一時(shí)刻，連續(xù)采樣的終止時(shí)刻為ta2 與tb2之間的任一時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖的前一個(gè)為非零電壓脈沖而后一個(gè)為零電 壓脈沖，則所述連續(xù)采樣的起始時(shí)刻為tbl，連續(xù)采樣的終止時(shí)刻為ta2與tb2之間的任一 時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖的前一個(gè)為零電壓脈沖而后一個(gè)為非零電壓脈沖，則所述連 續(xù)采樣的起始時(shí)刻為tal與tbl之間的任一時(shí)刻，連續(xù)采樣的終止時(shí)刻為ta2 ;交軸電感Lq 的計(jì)算公式為：
[0022] 其中，艮為永磁同步電機(jī)的定子電阻，AIb。_、AIb。min分別表示連續(xù)采樣獲得的 B相電流與C相電流之差的最大值、最小值，T#表示非零電壓脈沖X的脈沖寬度，Ud。表示非 零電壓脈沖X的電壓幅值。
[0023] 方法三、根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)采樣點(diǎn)上獲得的B相電流與C相電流之差， 計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的交軸電感；設(shè)所述電壓激勵信號中任意一個(gè)非零電壓脈沖X的前 一個(gè)相鄰電壓脈沖的起、止時(shí)刻分別為tal、tbl，非零電壓脈沖X的后一個(gè)相鄰電壓脈沖的 起、止時(shí)刻分別為ta2、tb2 ;如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖均為非零電壓脈沖，則所述兩個(gè)采樣點(diǎn) 分別位于tbl時(shí)刻和ta2時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖均為零電壓脈沖，則一個(gè)采樣點(diǎn)位于 tal與tbl之間的任一時(shí)刻，另一個(gè)采樣點(diǎn)位于ta2與tb2之間的任一時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰 電壓脈沖的前一個(gè)為非零電壓脈沖而后一個(gè)為零電壓脈沖，則一個(gè)采樣點(diǎn)位于tbl，另一個(gè) 采樣點(diǎn)位于ta2與tb2之間的任一時(shí)刻；如這兩個(gè)相鄰電壓脈沖的前一個(gè)為零電壓脈沖而 后一個(gè)為非零電壓脈沖，則一個(gè)采樣點(diǎn)位于tal與tbl之間的任一時(shí)刻，另一個(gè)采樣點(diǎn)位于 ta2 ;交軸電感Lq的計(jì)算公式為：
[0027] 其中，艮為永磁同步電機(jī)的定子電阻，AIbel、AIbe2分別表示在所述兩個(gè)采樣點(diǎn) 上獲得的B相電流與C相電流之差，T#表示非零電壓脈沖X的脈沖寬度，Ud。表示非零電壓 脈沖X的電壓幅值。
[0028] 考慮到永磁同步電機(jī)通常采用基于逆變器的空間電壓矢量調(diào)制方法進(jìn)行控制，因 此可以利用空間電壓矢量調(diào)制方法通過控制所述逆變單元來生成所述電流或電壓脈沖矢 量以及所述電壓激勵信號，以大幅減小本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)成本。優(yōu)選地，所述電壓激勵信號 通過以下方法生成：向所述逆變單元中的B相橋臂和C相橋臂輸入頻率和占空比相同但時(shí) 序存在交錯(cuò)的開關(guān)控制信號。
[0029] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到一種永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識裝置以及一種永磁 同步電機(jī)控制系統(tǒng)，具體如下：
[0030] 一種永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識裝置，包括信號輸入單元、電流采樣單元、參數(shù)辨識單 元，所述電流采樣單元用于對永磁同步電機(jī)的三相電流進(jìn)行采樣，所述信號輸入單元用于 向所述永磁同步電機(jī)輸入一個(gè)方向與電機(jī)定子A相軸線方向相同的電流或電壓脈沖矢量， 同時(shí)向所述永磁同步電機(jī)的B相與C相之間輸入一個(gè)平均電壓為零，且包含非零電壓脈沖 的電壓激勵信號；所述參數(shù)辨識單元用于依據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)采樣得到的三相電流， 結(jié)合所輸入的電流或電壓脈沖矢量、激勵電壓信號的參數(shù)，計(jì)算得到所述永磁同步電機(jī)的 定子電阻、直軸電感、交軸電感。
[0031 ] 優(yōu)選地，參數(shù)辨識單元根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相電流的直流分量以及所輸入 的電流或電壓脈沖矢量的電壓平均值的模，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的定子電阻。具體地，永 磁同步電機(jī)的定子電阻Rs的計(jì)算公式如下：
[0033] 式中，Ua為所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓平均值的模，I3為電機(jī)三相電流 穩(wěn)態(tài)時(shí)A相電流的直流分量。
[0034] 優(yōu)選地，參數(shù)辨識單元根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)紋波電流的最大 值和最小值，以及所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓幅值，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的直 軸電感。具體地，永磁同步電機(jī)的直軸電感Ld的計(jì)算公式為：
[0036] 其中，I_ax、1"_分別表示電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)A相導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)紋波電流的最大 值、最小值，△ 1^表不電機(jī)A相的導(dǎo)通時(shí)間，ud。表不所輸入的電流或電壓脈沖矢量的電壓幅 值。
[0037] 根據(jù)采樣情況的不同，參數(shù)辨識單元可采用以下幾種方法計(jì)算永磁同步電機(jī)的交 軸電感：
[0038] 方法一、根據(jù)電機(jī)三相電流穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)采樣點(diǎn)上獲得的B相電流與C相電流之差， 計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的交軸電感；設(shè)所述電壓激勵信號中任意一個(gè)非零電壓脈沖的起、 止時(shí)刻分別為ta、tb，所述兩個(gè)采樣點(diǎn)均位于[ta，tb]的時(shí)間范圍內(nèi)；交軸電感Lq的計(jì)算 公式為：
[0042] 其中，tpt2分別表示所述兩個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻，RsS永磁同步電機(jī)的定子電阻， AIb?！埂IbU分別表示ti、t2時(shí)刻的B相電流與C相電流之差，Ud。表示所述非零電