[发明专利]一种永磁同步电机永磁体磁通和交轴电感的辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机参数辨识方法，具体的涉及永磁体磁通和交轴电感参数的辨识。

背景技术

永磁同步电机以其结构简单、体积小、质量轻、转动惯量小、功率密度高，非常适合于空间有限的应用场合，另外它效率高、功率因数高、转动惯量比大、过载能力强，尤其低速时输出转矩大，因此获得了广泛的应用。矢量控制系统可在全速度范围内实现电机电流的良好响应、控制效率高、调节器的设计比较容易实现、速度的调节范围宽、具有良好的带载启动性能。因此，矢量控制方案是永磁同步电机控制系统的首选方案。

永磁同步电机矢量控制系统设计时不可避免的要使用电机本体参数。其中，电流环的控制参数通常与直轴、交轴电感L_d、L_q有关；电流环通常采用反馈或前馈解耦控制，解耦电压项不仅与直轴、交轴电感L_d、L_q有关，并且与永磁体磁通ψ_f有关；速度环的控制参数通常与永磁体磁通ψ_f有关。因此，电机本体参数测量的准确性直接影响着系统的控制性能。

但是饱和效应等的存在使得电机本体参数发生非线性变化，因此实际应用中不可以将其当成一个固定值使用。磁路的饱和程度受dq轴电流的影响，饱和效应进而引起磁链和电感的非线性变化。由于d轴位于永磁体的轴向位置，且永磁体的磁导率接近于空气磁导率，所以q轴的有效气隙比d轴有效气隙小，因此电枢反应引起的饱和效应主要存在于q轴。因此，有必要对变化范围比较大的永磁体磁通ψ_f和交轴电感L_q进行辨识。

在中国专利局2012年3月公布的专利CN102386835A中，陈振峰等人完全基于dq轴电压方程，在控制模式下忽略定子电阻的影响，通过u_q≈ω_eψ_f求得永磁体磁通ψ_f，并进一步用d轴电压方程辨识出交轴电感L_q。但定子电阻的存在和电流波动会造成估计误差，降低辨识精度。

在中国专利局2011年9月公布的专利CN102201779A中，廖勇等人提出了dq坐标系下电压和磁链的关系式，进而通过直接计算的方法求出dq轴下的磁链分量ψ_d、ψ_q。该专利中并没有进一步给出电机本体参数的辨识方法，并且其磁链依然通过电压-磁链方程直接计算得到，计算过程中的除法运算会将转速和电流造成的辨识误差放大，降低了磁链的辨识精度。应当引入适当的积分或滤波算法抑制估计磁链的波动。

本发明基于工业上使用较多的电流控制方法为控制，该控制方法简单，计算量小，因此得到广泛的应用。本发明专利以电流控制方法和矢量控制为基础，提出一种永磁体磁通ψ_f和交轴电感L_q的辨识方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机永磁体磁通ψ_f和交轴电感L_q的辨识方法，既适用于离线测量，也可以用于在线辨识，以改善永磁同步电机矢量控制系统控制性能的。

本发明的技术方案如下：

一种永磁同步电机永磁体磁通和交轴电感的辨识方法，包括以下步骤：

步骤一，判断电机是否处于电流控制方法下稳态运行状态，若已处于稳态运行状态转入步骤二；

步骤二，分别确定永磁同步电机在αβ坐标系下电压命令值u_α、u_β，电流真实值i_α、i_β，并将电压命令u_α、u_β经过矢量调制后控制逆变器驱动电机，确定当前电机转速ω_e；

步骤三，将磁同步电机在αβ坐标系下电压命令值u_α、u_β，电流真实值i_α、i_β，以及当前电机转速ω_e输入参数辨识模块，经由磁链积分单元得到电机在α、β轴上的磁链分量所述磁链分量经由辨识单元确定使用的永磁体磁通ψ_f和交轴电感L_q。

所述步骤一中稳态判断包括以下步骤，判断电机是否工作在转矩闭环模式：

（1）如果电机工作在转矩闭环模式，判断电流命令值是否恒定，电流命令值为恒值时，延时若干电流控制周期，即判定为此时处于稳态；