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用于永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质

申请号 CN202310575233.3 申请日 2023-05-19 公开(公告)号 CN118041148A 公开(公告)日 2024-05-14
申请人 青岛国创智能家电研究院有限公司; 发明人 李标; 何俊鹏; 王晔; 陈建兵; 张志堃;
摘要 本 申请 涉及智能设备技术领域,公开一种用于永磁同步 电机 参数辨识方法、装置、设备及存储介质。该方法包括:根据永磁同步电机的额定 电流 ,确定两个或多个D轴参考电流;在永磁同步电机的Q轴给定 电压 Uq为零,三相坐标变换的 角 度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流, 脉宽调制 PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud;根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的 定子 电阻 。这样,沿用了现有的电机FOC控制 框架 ,辨识出永磁同步电机的定子电阻,实现过程简单有效,并提高了电阻辨识的准确性,进而提高了永磁同步电机控制的精确性。
权利要求

1.一种用于永磁同步电机参数辨识的方法,其特征在于,包括:
根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流;
在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,三相坐标变换的度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud;
根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定两个或多个D轴参考电流包括:
通过公式(3),确定四个D轴参考电流,分别为I1、I2、I3、I4;
其中,Inomal为永磁同步电机的额定电流。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行包括:
获取处于运行状态的永磁同步电机的三相电流Iuvw,并通过abc‑αβ坐标变化后,得到第一电流iα和第二电流iβ,并在三相坐标变换的角度为零的情况下,第一电流iα和第二电流iβ进行αβ‑dq坐标变换,得到D轴电流id;
将D轴参考电流,以及D轴电流id,输入D轴电流环的比例积分PI调节器中,得到的D轴电压Ud;
将D轴电压Ud,Q轴电压Uq,在三相坐标变换的角度为零的情况下,分别进行dq‑αβ坐标变化后,输入空间矢量脉宽调制SVPWM中,得到对应的脉宽调制PWM波,并根据PWM波,驱动永磁同步电机运行。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud包括:
在确定D电流id在设定区域内的时间超过设定时间情况下,将U相采样电流确定为U相电流Iu;
将D轴电流环的比例积分PI调节器输出的电压,确定为D轴电压Ud。
5.根据权利要求1‑4任一项所述的方法,其特征在于,所述辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:
根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点;
两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的电阻值,并将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻。
6.根据权利要求1‑4任一项所述的方法,其特征在于,所述辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:
将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp);
根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的电阻值,并将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻;
其中,Ucomp为非线性因素影响的补偿电压,根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc计算得到的。
7.根据权利要求1‑4任一项所述的方法,其特征在于,所述辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:
根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点,并两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的第一电阻值;
将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp),并根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的第二电阻值;
将得到的每个第一电阻值、每个第二电阻值进行求和并得到平均值,以及,将平均值确定为永磁同步电机的定子电阻;
其中,Ucomp为非线性因素影响的补偿电压,根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc计算得到的。
8.一种用于永磁同步电机参数辨识的装置,其特征在于,包括:
参考确定模,被配置为根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流;
控制获取模块,被配置为在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud;
确定辨识模块,被配置为根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻。
9.一种用于永磁同步电机参数辨识的装置,该装置包括处理器和存储有程序指令的存储器,其特征在于,所述处理器被配置为在执行所述程序指令时,执行如权利要求1至7任一项所述用于永磁同步电机参数辨识的方法。
10.一种设备,其特征在于,包括:
设备本体;
如权利要求8或9所述用于永磁同步电机参数辨识的装置,被安装于所述设备本体。
11.一种存储介质,存储有程序指令,其特征在于,所述程序指令在运行时,执行如权利要求1至7任一项所述用于永磁同步电机参数辨识的方法。

说明书全文

用于永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质

技术领域

[0001] 本申请涉及智能设备技术领域,例如涉及用于永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

[0002] 近年来,随着社会科学的进步和发展,能源问题逐渐备受关注,节能减已经成为全球的共同倡导。无论是在工业、农业、军事以及家用等领域,电机的应用都十分广泛,电机控制的优良直接影响着电机的能效。因此,提升电机控制性能越来越受广大企业和高校的关注。
[0003] 随着电机控制理论的发展,越来越多优越的控制算法诞生,以提高电机的控制性能。电机控制优良的前提有两点:(1)必须建立精确的电机控制数学模型,根据此模型设计的控制算法才会有效;(2)必须采用精确的电机参数,将此参数赋予模型中才有意义。可以说,建立数学模型是电机控制优良的核心,而获取精确的电机参数是电机控制优良的基石。
[0004] 此时电机参数辨识的优势逐渐体现。电机参数辨识的核心思想即在电机静止或者旋转状态下,通过强制给出一定的电压电流激励,通过测得的反馈电压或电流,进行一系列辨识算法的计算,从而得到电机本体参数如定子电阻、DQ轴的电感以及反电动势常数等参数。由于不同环境不同工况下,电机参数会有所差别,因此通过辨识算法获取的电机参数相比于电机规格书上标识的电机参数要更适合进行电机驱动控制,因为其更能代表当前时刻电机的参数。以辨识出的电机参数进行电机控制,可以让电机的控制性能更加优良,能效更高,也积极响应了国家绿色减碳的号召。此外,电机的参数辨识也可以进一步提高企业产品生产效率和后期的维护成本。
[0005] 目前,永磁同步电机中定子电阻的离线辨识主要采用伏安法进行计算,其实现方式大部分都是直接操作MCU脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)比较值寄存器,从而改变三相桥臂绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的开通关断时间。例如:提前预设一个开通时间t,通过直接操作MCU PWM比较值寄存器,控制U相上管、VW下管同时开通时间t,其余IGBT均关断,从而计算出定子电阻:
[0006]
[0007] 其中Rs为定子电阻,Udc为直流母线电压,I为采样U相电流,Ts为PWM开关周期,t为预设的开通时间。
[0008] 但是,传统电阻辨识方法也有一些缺点,包括:需要频繁的直接操作MCU寄存器,在占空比开环调节过程中可能存在过电流险;以及需要分别进行三相多次导通以及多次辨识,程序设计复杂繁琐等等,当然,单一的计算方法也降低了辨识结果的可靠性和可信度。
[0009] 需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容
[0010] 为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解,下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述,也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围,而是作为后面的详细说明的序言。
[0011] 本公开实施例提供了一种用于永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备和存储介质,以解决永磁同步电机定子电阻辨识比较繁琐而导致电机控制比较繁琐的技术问题。
[0012] 在一些实施例中,所述方法包括:
[0013] 根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流;
[0014] 在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud;
[0015] 根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻。
[0016] 在一些实施例中,所述装置包括:
[0017] 参考确定模,被配置为根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流;
[0018] 控制获取模块,被配置为在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud;
[0019] 确定辨识模块,被配置为根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻。
[0020] 在一些实施例中,所述用于永磁同步电机参数辨识的装置,包括处理器和存储有程序指令的存储器,所述处理器被配置为在执行所述程序指令时,执行上述用于永磁同步电机参数辨识方法。
[0021] 在一些实施例中,所述设备,包括:
[0022] 设备本体;
[0023] 上述用于永磁同步电机参数辨识的装置,被安装于所述设备本体。
[0024] 在一些实施例中,所述存储介质,存储有程序指令,所述程序指令在运行时,执行上述用于永磁同步电机参数辨识的方法。
[0025] 本公开实施例提供的用于永磁同步电机参数辨识方法、装置、设备,可以实现以下技术效果:
[0026] 根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流后,沿用了现有的电机FOC控制框架,辨识出永磁同步电机的定子电阻,不需要增加多的控制模块,实现过程简单有效,并且,两个或多个D轴参考电流,可覆盖比较全面的工况,进一步提高了电阻辨识的准确性,进而提高了永磁同步电机控制的精确性,让电机的控制性能更加优良,能效更高,从而响应了国家绿色减碳的号召。
[0027] 以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的,不用于限制本申请。附图说明
[0028] 一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明,这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件,附图不构成比例限制,并且其中:
[0029] 图1是本公开实施例提供的一种永磁同步电机参数辨识方法的流程示意图;
[0030] 图2是本公开实施例中一种用于永磁同步电机电阻辨识的算法控制模型框图
[0031] 图3是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识的电压电流示意图;
[0032] 图4是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识方法的流程示意图;
[0033] 图5是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识装置的结构示意图;
[0034] 图6是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识装置的结构示意图;
[0035] 图7是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识装置的结构示意图;
[0036] 图8是本公开实施例提供的一种设备的示意图。

具体实施方式

[0037] 为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容,下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述,所附附图仅供参考说明之用,并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中,为方便解释起见,通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。
然而,在没有这些细节的情况下,一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下,为简化附图,熟知的结构和装置可以简化展示。
[0038] 本公开实施例的说明书权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
[0039] 除非另有说明,术语“多个”表示两个或两个以上。
[0040] 本公开实施例中,字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如,A/B表示:A或B。
[0041] 术语“和/或”是一种描述对象的关联关系,表示可以存在三种关系。例如,A和/或B,表示:A或B,或,A和B这三种关系。
[0042] 电机参数辨识的核心思想即在电机静止或者旋转状态下,通过强制给出一定的电压或电流激励,通过测得的反馈电压或电流,进行一系列辨识算法的计算,从而得到电机本体参数如定子电阻、DQ轴的电感以及反电动势常数等参数。本公开实施例中,可根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流后,沿用了现有的电机FOC控制框架,辨识出永磁同步电机的定子电阻,这样,不需要增加多的控制模块,实现过程简单有效,并且,两个或多个D轴参考电流,可覆盖比较全面的工况,进一步提高了电阻辨识的准确性,进而提高了永磁同步电机控制的精确性,让电机的控制性能更加优良,能效更高,从而响应了国家绿色减碳的号召。并且,可采用电流环输出D轴电压,规避了开环调节占空比时可能出现过电流的风险。而在对D轴电压Ud进行非线性补偿时,综合考虑逆变器死区时间、IPM导通和关断延时、二极管压降、IGBT压降以及当前IGBT占空比,补偿电压准确,进一步提高辨识精度
[0043] 永磁同步电机的D轴电压数学模型如下:
[0044]
[0045] 由模型可知,若电机保持静止,且D轴电流稳定不变,则D轴电压方程就可以改写为:
[0046] ud=Rsid(2)
[0047] 因此,可以根据D轴电压和D轴电流计算出永磁同步电机定子电阻。即本公开实施例中,可在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下通过采集永磁同步电机D轴电压Ud以及U相电流Iu,来辨识永磁同步电机定子电阻。
[0048] 图1是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识方法的流程示意图。如图1所示,永磁同步电机参数辨识的过程可包括:
[0049] 步骤101:根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流。
[0050] 两个或多个D轴参考电流,可覆盖比较全面的工况。在一些实施例中,确定两个或多个D轴参考电流包括:通过公式(3),确定四个D轴参考电流idref,分别为I1、I2、I3、I4。
[0051]
[0052] 其中,Inomal为永磁同步电机的额定电流。
[0053] 这样,D轴给定电流可从正值到负值,覆盖了比较全面的工况。
[0054] 步骤102:在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud。
[0055] 本公开实施例中,永磁同步电机的控制模型可沿用相关技术中的电机磁场定向控制(Field‑Oriented Control,FOC)控制框架。图2是本公开实施例中一种用于永磁同步电机电阻辨识的算法控制模型框图。其中,可将三相坐标变换的角度预设为0°,Q轴给定电压Uq预设为0;这样,采样永磁同步电机的三相电流Iuvw,经过abc‑αβ坐标变换得到电流iα,iβ,再经过αβ‑dq坐标变换,得到电流id、iq。
[0056] 如图2所示,永磁同步电机启动运行后,可获取处于运行状态的永磁同步电机的三相电流Iuvw,并通过abc‑αβ坐标变化后,得到第一电流iα和第二电流iβ;而在三相坐标变换的角度为零的情况下,第一电流iα和第二电流iβ进行αβ‑dq坐标变换,得到D电流id和Q轴电路iq。
[0057] 这样,可将D轴参考电流idref,以及D轴电流id,输入D轴电流环的比例积分PI调节器中,得到的D轴电压Ud;将D轴电压Ud,Q轴电压Uq,在三相坐标变换的角度为零的情况下,分别进行dq‑αβ坐标变化后,输入空间矢量脉宽调制SVPWM中,得到对应的脉宽调制PWM波;根据PWM波,驱动永磁同步电机运行。
[0058] 在一些实施例中,D轴参考电流,分别为I1、I2、I3、I4。因此,首先,可将D轴给定的电流参考预设为I1,即 这样,输入D轴参考电流I1以及闭环获取的D轴电流id后,D轴电流环PI调节器的输出为Ud,将Ud和Uq(其中,Uq=0)通过坐标变换得到Uα和Uβ,作为SVPWM模块的输入,SVPWM模块输出电阻辨识所需要的PWM波。然后,PWM波控制永磁同步电机PMSM运行,在运行过程中由于电机的初始位置不确定,因此,电机具有D轴定位的功能,待电机定位完成且U相采样电流稳定后,即在电机稳定运行的情况下,可进行采样,获取永磁同步电机的三相电流Iuvw,而Iuvw通过abc‑αβ坐标变化后,得到第一电流iα和第二电流iβ;在三相坐标变换的角度θ=0的情况下,第一电流iα和第二电流iβ进行αβ‑dq坐标变换,得到D电流id。
记录此时的U相电流为Iu1以及D轴电流环PI调节器的输出Ud1。
[0059] 然后,缓慢降低D轴给定的电流参考,直至为I2,按照上述步骤产生电阻辨识所需要的PWM波,待U相采样电流稳定后,即电机稳定运行的情况下,记录此时的U相电流为Iu2,以及D轴电流环PI调节器的输出Ud2;
[0060] 以及,缓慢降低D轴给定的电流参考,直至为I3,按照上述步骤产生电阻辨识所需要的PWM波,待U相采样电流稳定后,即在电机稳定运行的情况下,记录此时的U相电流为Iu3以及D轴电流环PI调节器的输出Ud3;
[0061] 最后,缓慢降低D轴给定的电流参考,直至为I4,按照上述步骤产生电阻辨识所需要的PWM波。待U相采样电流稳定后,即在电机稳定运行的情况下,记录此时的U相电流为Iu4以及D轴电流环PI调节器的输出Ud4。
[0062] 可见,可根据设定顺序,例如:从大到小,或从小到大,依次将D轴给定的电流参考输入如图2所示的算法控制模型中,可分别得到对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud。从而,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud包括:在电机稳定运行的情况下,将U相采样电流确定为U相电流Iu;将D轴电流环的比例积分PI调节器输出的电压,确定为D轴电压Ud。在一些实施例中,可通过采样永磁同步电机对应的D电流id和Q轴电流iq,若一定时间内D电流id和Q轴电流iq都分别处于对应的设定区域内,即可确定电机稳定运行,即在确定D电流id在设定区域内的时间超过设定时间情况下,确定电机运行稳定,即可将U相采样电流确定为U相电流Iu;将D轴电流环的比例积分PI调节器输出的电压,确定为D轴电压Ud。
[0063] 步骤103:根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻。
[0064] 上述过程中,不同的D轴参考电流,对应一组U相电流Iu,以及的D轴电压Ud,因此,可根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点。例如:确定四个D轴参考电流,分别为I1、I2、I3、I4,则可对应四个电压电流坐标点,分别是(Ud1,Iu1),(Ud2,Iu2),(Ud3,Iu3),(Ud4,Iu4)。
[0065] 在一些实施例中,辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点;两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的电阻值,并将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0066] 图3是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识的电压电流示意图。如图3所示,仍然以四个D轴参考电流为例,根据电压电流坐标点(Ud1,Iu1),(Ud2,Iu2)进行斜率计算,得到R1为:
[0067]
[0068] 根据电压电流坐标点(Ud3,Iu3),(Ud4,Iu4)进行斜率计算,得到R2为:
[0069]
[0070] 这样,可将(R1+R2)/2确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0071] 当然,在一些实施例中,还可根据电压电流坐标点(Ud1,Iu1),(Ud3,Iu3)进行斜率计算,得到R13;以及根据电压电流坐标点(Ud2,Iu2),(Ud4,Iu4)进行斜率计算,得到R24,然后,可将(R1+R2+R13+R14)/4确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0072] 考虑到永磁同步电机的非线性因素影响,因此,在一些实施例中,可在电阻辨识过程中对D轴电压Ud进行非线性补偿,即辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp);根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的电阻值,并将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻;其中,Ucomp为非线性因素影响的补偿电压,根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc计算得到的。
[0073] 如图3所示,根据电压电流坐标点(Ud1,Iu1),(Ud2,Iu2),(Ud3,Iu3),(Ud4,Iu4),分别直接计算R3、R4、R5、R6为:
[0074]
[0075] 其中,在D轴电流极性不同时,计算电阻R3~R6公式中Ucomp前的符号也不同。Ud1、Ud2为正值,则Ucomp前的符号为“‑”;而Ud3、Ud4为负值,则Ucomp前的符号为“+”。
[0076] 并且,Ucomp的计算可以根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc计算得到,具体公式如下:
[0077]
[0078] 这样,可将(R3+R4+R5+R6)/4确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0079] 在一些实施例中,可采用斜率和直接计算两种方法共同进行参数辨识,即辨识出永磁同步电机的定子电阻包括:根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点,并两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的第一电阻值;将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp),并根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的第二电阻值;将得到的每个第一电阻值、每个第二电阻值进行求和并得到平均值,以及,将平均值确定为永磁同步电机的定子电阻;其中,Ucomp为非线性因素影响的补偿电压,根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc计算得到的。
[0080] 如图3所示,根据上述过程可分别得到R1、R2、R3、R4、R5、R6,取平均值得到最终辨识的电阻为:
[0081]
[0082] 这样,采用斜率和直接计算两种方法的平均处理,辨识结果更加可信可靠。
[0083] 可见,本公开实施例中,根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流后,沿用了现有的电机FOC控制框架,辨识出永磁同步电机的定子电阻,不需要增加多的控制模块,实现过程简单有效,并且,两个或多个D轴参考电流,可覆盖比较全面的工况,进一步提高了电阻辨识的准确性,进而提高了永磁同步电机控制的精确性,让电机的控制性能更加优良,能效更高,从而响应了国家绿色减碳的号召。并且,可采用电流环输出D轴电压,规避了开环调节占空比时可能出现过电流的风险。而在对D轴电压Ud进行非线性补偿时,综合考虑逆变器死区时间、IPM导通和关断延时、二极管压降、IGBT压降以及当前IGBT占空比,补偿电压准确,进一步提高辨识精度。
[0084] 下面将操作流程集合到具体实施例中,举例说明本发明实施例提供的永磁同步电机参数辨识过程。
[0085] 本实施例中,搭建了如图2所示的用于永磁同步电机电阻辨识的算法控制模型。并且,三相坐标变换的角度θ,Q轴给定电压Uq=0。并根据公式(7)确定了补偿电压Ucomp。
[0086] 图4是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识方法的流程示意图。如图4所示,永磁同步电机参数辨识的过程可包括:
[0087] 步骤401:根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流idref。
[0088] 步骤402:依照设定顺序,将一个D轴参考电流idref输入算法控制模型中,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行。
[0089] 例如:可从大到小,将D轴参考电流idref输入算法控制模型中。
[0090] 步骤403:判断D电流id在设定区域内的时间超过设定时间?若是,执行步骤404,否则,返回步骤403。
[0091] D轴到达设定位置,可进行电流的稳定采样了,这样,D电流id在设定区域内的时间设定时间时,可执行步骤404。
[0092] 步骤404:获取并记录永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud。
[0093] 步骤405:是否每个D轴参考电流idref都已输入算法控制模型中?若是,执行步骤406,否则,返回步骤402。
[0094] 步骤406:根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点。
[0095] 步骤407:两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到一个或多个第一电阻值。
[0096] 步骤408:将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp),并根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的第二电阻值。
[0097] 步骤409:将得到的每个第一电阻值、每个第二电阻值进行求和并得到平均值,并将平均值确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0098] 可见,本实施例中,根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流后,沿用了现有的电机FOC控制框架,辨识出永磁同步电机的定子电阻,不需要增加多的控制模块,实现过程简单有效,并且,采用斜率和直接计算两种方法的平均处理,辨识结果更加可信可靠。
[0099] 根据上述用于永磁同步电机参数辨识的过程,可构建一种用于永磁同步电机参数辨识的装置。
[0100] 图5是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识装置的结构示意图。如图5所示,用于永磁同步电机参数辨识装置500包括:参考确定模块510、控制获取模块520以及确定辨识模块530。
[0101] 参考确定模块510,被配置为根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流。
[0102] 控制获取模块520,被配置为在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下,分别根据每个D轴参考电流,脉宽调制PWM控制永磁同步电机运行,并在确定电机稳定运行的情况下,获取永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud。
[0103] 确定辨识模块530,被配置为根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,辨识出永磁同步电机的定子电阻。
[0104] 在一些实施例中,参数确定模块510,具体被配置为通过公式(3),确定四个D轴参考电流,分别为I1、I2、I3、I4;
[0105]
[0106] 其中,Inomal为永磁同步电机的额定电流。
[0107] 控制获取模块520,具体被配置为获取处于运行状态的永磁同步电机的三相电流Iuvw,并通过abc‑αβ坐标变化后,得到第一电流iα和第二电流iβ,并在三相坐标变换的角度为零的情况下,第一电流iα和第二电流iβ进行αβ‑dq坐标变换,得到D电流id;将D轴参考电流,以及D轴电流id,输入D轴电流环的比例积分PI调节器中,得到的D轴电压Ud;将D轴电压Ud,Q轴电压Uq,在三相坐标变换的角度为零的情况下,分别进行dq‑αβ坐标变化后,输入空间矢量脉宽调制SVPWM中,得到对应的脉宽调制PWM波,并根据PWM波,驱动永磁同步电机运行。
[0108] 在一些实施例中,控制获取模块520,还被配置为在确定D电流id在设定区域内的时间超过设定时间情况下,将U相采样电流确定为U相电流Iu;将D轴电流环的比例积分PI调节器输出的电压,确定为D轴电压Ud。
[0109] 在一些实施例中,确定辨识模块530,包括:
[0110] 斜率辨识单元,被配置为根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点;两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的电阻值。
[0111] 第一确定单元,被配置为将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0112] 在一些实施例中,还包括:
[0113] 补偿电压确定模块,被配置为可以根据逆变器的死区时间Td、IPM IGBT导通延时Ton、IPM IGBT关断延时Toff、IPM二极管压降Udio、IPM IGBT压降Uce、当前IPM IGBT占空比d以及直流母线电压Udc,通过公式(7)确定非线性因素影响的补偿电压Ucomp。
[0114] 在一些实施例中,确定辨识模块530,包括:
[0115] 直接辨识单元,被配置为将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp);根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的电阻值。
[0116] 第二确定单元,被配置为将得到的电阻值的平均值,确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0117] 在一些实施例中,确定辨识模块530,包括:
[0118] 斜率辨识单元,被配置为根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点,并两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到对应的第一电阻值。
[0119] 直接辨识单元,被配置为将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp),并根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的第二电阻值。
[0120] 第三确定单元,被配置为将得到的每个第一电阻值、每个第二电阻值进行求和并得到平均值,以及,将平均值确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0121] 下面举例说明本发明实施例提供的用于永磁同步电机参数辨识的装置进行参数辨识的过程。
[0122] 图6是本公开实施例提供的一种用于永磁同步电机参数辨识装置的结构示意图。如图6所示,用于永磁同步电机参数辨识装置500包括:参考确定模块510、控制获取模块
520、确定辨识模块530以及补偿电压确定模块540。而确定辨识模块530包括:斜率辨识单元
531、直接辨识单元532和第三确定单元533。
[0123] 并且,用于永磁同步电机参数辨识装置中已搭建了如图2所示的用于永磁同步电机电阻辨识的算法控制模型。并且,三相坐标变换的角度θ,Q轴给定电压Uq=0。补偿电压确定模块540根据公式(7)确定了补偿电压Ucomp。
[0124] 这样,参考确定模块510可根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流idref。而控制获取模块520可依照设定顺序,将一个D轴参考电流idref输入算法控制模型中,并在确定电机稳定运行时,可进行对应的电流稳定采样,获取并记录永磁同步电机对应的U相电流Iu,以及D轴电压Ud。
[0125] 从而,确定辨识模块530中的斜率辨识单元531可根据每个U相电流Iu,以及对应的D轴电压Ud,形成对应的电压电流坐标点,并两两选择电压电流坐标点,进行斜率计算,得到一个或多个第一电阻值。而直接辨识单元532可将每个D轴电压Ud进行非线性补偿后,得到对应的补偿后电压(Ud‑Ucomp),并根据补偿后电压(Ud‑Ucomp),以及对应的U相电流Iu,得到对应的第二电阻值。而第三确定模块533可将得到的每个第一电阻值、每个第二电阻值进行求和并得到平均值,并将平均值确定为永磁同步电机的定子电阻。
[0126] 可见,本实施例中,在永磁同步电机的Q轴给定电压Uq为零,确定三相坐标变换的角度为零的情况下,用于永磁同步电机参数辨识的装置可根据永磁同步电机的额定电流,确定两个或多个D轴参考电流后,沿用了现有的电机FOC控制框架,辨识出永磁同步电机的定子电阻,不需要增加多的控制模块,实现过程简单有效,并且,可采用电流环输出D轴电压,规避了开环调节占空比时可能出现过电流的风险。而在对D轴电压Ud进行非线性补偿时,综合考虑逆变器死区时间、IPM导通和关断延时、二极管压降、IGBT压降以及当前IGBT占空比,补偿电压准确,进一步提高辨识精度。另外,采用斜率和直接计算两种方法的平均处理,辨识结果更加可信可靠。
[0127] 本公开实施例提供了一种用于永磁同步电机参数辨识的装置700,其结构如图7所示,包括:
[0128] 处理器(processor)1000和存储器(memory)1001,还可以包括通信接口(Communication Interface)1002和总线1003。其中,处理器1000、通信接口1002、存储器
1001可以通过总线1003完成相互间的通信。通信接口1002可以用于信息传输。处理器1000可以调用存储器1001中的逻辑指令,以执行上述实施例的用于永磁同步电机参数辨识的方法。
[0129] 此外,上述的存储器1001中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0130] 存储器1001作为一种计算机可读存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序,如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器1000通过运行存储在存储器1001中的程序指令/模块,从而执行功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的用于永磁同步电机参数辨识的方法。
[0131] 存储器1001可包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外,存储器1001可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器
[0132] 本公开实施例提供了一种用于永磁同步电机参数辨识装置,包括:处理器和存储有程序指令的存储器,处理器被配置为在执行程序指令时,执行用于永磁同步电机参数辨识方法。
[0133] 结合图8,本公开实施例提供了一种设备800,包括:设备本体;上述用于永磁同步电机参数辨识装置500(700)。用于永磁同步电机参数辨识装置500(700)被安装于所述设备本体。这里所表述的安装关系,并不仅限于在产品内部放置,还包括了与产品的其他元器件的安装连接,包括但不限于物理连接、电性连接或者信号传输连接等。本领域技术人员可以理解的是,用于永磁同步电机参数辨识装置500(700)可以适配于可行的设备主体,进而实现其他可行的实施例。
[0134] 本公开实施例提供了一种存储介质,存储有程序指令,所述程序指令在运行时,执行如上述用于永磁同步电机参数辨识的方法。
[0135] 本公开实施例提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,使所述计算机执行上述用于永磁同步电机参数辨识方法。
[0136] 上述的存储介质可以是暂态计算机可读存储介质,也可以是非暂态计算机可读存储介质。
[0137] 本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质,包括:U盘、移动硬盘只读存储器(ROM,Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质,也可以是暂态存储介质。
[0138] 以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例,以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的部件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围,以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时,虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件,但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如,在不改变描述的含义的情况下,第一元件可以叫做第二元件,并且同样第,第二元件可以叫做第一元件,只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件,但可以不是相同的元件。而且,本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的,除非上下文清楚地表明,否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地,如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外,当用于本申请中时,术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素,和/或组件的存在,但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个…”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中,每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言,如果其与实施例公开的方法部分相对应,那么相关之处可以参见方法部分的描述。
[0139] 本领域技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
[0140] 本文所披露的实施例中,所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等),可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,可以仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外,在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0141] 附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中,不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生,有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如,两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
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