阅读说明：本技术 一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法 (Parameter identification method in permanent magnet synchronous motor position sensorless control ) 是由 徐永向 王杨睿 邹继斌 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法,所述方法需要配合永磁同步电机的无位置控制算法,由无位置控制算法提供永磁同步电机稳态运行时电流,估计转子速度和估计反电势幅值信息。本发明利用电机在不同运行状态下的电流,无位置控制算法估计的反电势和转速信息来计算表贴式永磁同步电机的相电阻、相电感、永磁体磁链和逆变器电压误差的等效幅值,不需要额外的硬件,能够应用于通用的永磁同步电机驱动器,具有极高的应用价值和经济价值。与传统的辨识技术相比,本发明的方法不需要向绕组注入高频测试信号,降低了辨识损耗,提高了电机性能,而且摆脱了对位置传感器的依赖。(The invention discloses a parameter identification method in the control of a permanent magnet synchronous motor without a position sensor, which needs to be matched with a position-free control algorithm of the permanent magnet synchronous motor, and the position-free control algorithm provides current for the permanent magnet synchronous motor in steady state operation, estimates the speed of a rotor and estimates the amplitude information of back electromotive force. The invention utilizes the current of the motor in different running states and back electromotive force and rotating speed information estimated by a position-free control algorithm to calculate the equivalent amplitude of the phase resistance, the phase inductance, the permanent magnet flux linkage and the voltage error of the inverter of the surface-mounted permanent magnet synchronous motor, does not need extra hardware, can be applied to a universal permanent magnet synchronous motor driver, and has extremely high application value and economic value. Compared with the traditional identification technology, the method does not need to inject high-frequency test signals into the winding, reduces the identification loss, improves the motor performance, and gets rid of the dependence on the position sensor.)

一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法

技术领域

本发明涉及一种在线多参数辨识方法，具体涉及一种用于表贴式永磁同步电机无位置传感器控制中的在线多参数辨识方法。

背景技术

现有的永磁同步电机在线参数辨识方法有高频信号注入法，此类方法向控制逆变器向电机绕组中注入高频电压(电流)测试信号，然后根据采样的电流(电压)响应信号来计算电机的参数。由于需要注入高频信号，这种方法会增加电机损耗，降低电机性能，只能够计算电机的电阻和电感信息。另一种电机参数辨识方法利用电机稳态数学模型，这种方法能够利用电机在不同工作状态下的电流、电压等信息辨识永磁同步电机的参数。此类方法能够计算电机电阻、电感、磁链以及逆变器电压误差等效幅值，然而这类方法需要位置传感器(旋转变压器、编码器等)，所以不能应用于永磁同步电机无位置传感器控制中。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法。该方法利用电机在不同运行状态下的电流，无位置控制算法估计的反电势和转速信息来计算表贴式永磁同步电机的相电阻、相电感、永磁体磁链和逆变器电压误差的等效幅值，不需要额外的硬件，能够应用于通用的永磁同步电机驱动器，具有极高的应用价值和经济价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法，包括如下步骤：

步骤一、永磁同步电机处于无位置传感器运行过程中，通过改变电机的电流和转速，获取至少四组永磁同步电机在不同稳态下的数据，所述数据包括不同稳态下d’q’轴电流平均值和

无位置算法估计的转子电角速度的均值

无位置算法估计的电机反电势幅值的均值

步骤二、将步骤一获取的数据代入公式(1)，计算得到估计磁链的均值

和电流矢量与估计转子位置的夹角的均值

步骤三、将步骤一和步骤二的数据代入公式(2)，获得数据矩阵x_i：

式中，下角标i用于区分不同稳态时的数据；

步骤四、估计的参数矩阵

通过迭代的方法计算，用

表示在第k次迭代时

的值，

表示

的初始值，

的取值保证步骤五的估计值是实数，另外初始化内部参数m和w，m的初始值为自然数，w取0～1之间的数；

步骤五、在第k次迭代时，根据公式(3)计算估计值

步骤六、根据公式(4)和公式(5)计算数据矩阵y(k)、Z(k)：

步骤七、根据步骤六计算的结果计算参数矩阵

步骤八、根据公式(7)计算参数矩阵

式中，m的数值重置为初始值；

步骤九、把

代入公式(3)计算f(x_i,θ')，把

代入公式(4)和公式(5)计算y'；

步骤十、如果y'满足下面两个条件中的任何一个，那么m加1，跳转到步骤八，否则跳转到步骤十一：

条件1：

条件2：

步骤十一、

m的数值重置为初始值；

步骤十二、通过公式(8)计算电机的参数：

式中，L_m、R_m是无位置算法中电机模型的参数；

步骤十三、如果λ(k+1)，R(k+1)，L(k+1)，V_dead(k+1)满足

那么算法结束，否则跳转到步骤五，式中，α是λ，R，L和V_dead，ε是一个大于0的极小值。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的方法无需增加任何硬件设备就能够实现电阻、电感、永磁体磁链和逆变器误差等效幅值的辨识，降低了参数辨识的硬件成本。

2、与传统的辨识技术相比，本发明的方法不需要向绕组注入高频测试信号，降低了辨识损耗，提高了电机性能，而且摆脱了对位置传感器的依赖，能够应用于永磁同步电机无位置传感器控制中。

附图说明

图1为辨识方法与无位置控制的结构关系图，图中：

和

是dq轴电流参考值，其中

默认值是0A，u_d和u_q是dq轴电压，U_dc是驱动器的母线电压，i_abc是永磁同步电机三相绕组电流，i_αβ是αβ轴电流，由i_abc经过clark坐标变化得到，i_dq是dq轴电流，由i_abc经过clark和park变换得到，

是无位置算法估计的电机转子电角度位置，是无位置算法估计的反电动势的幅值；

图2为本发明方法使用表1中数据时的辨识结果；

图3为本发明方法使用表2中数据时的辨识结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法，所述方法需要配合永磁同步电机的无位置控制算法，由无位置控制算法提供永磁同步电机稳态运行时电流，估计转子速度和估计反电势幅值信息，图1展示了辨识方法与无位置控制的结构关系，图中，ab相电流由驱动器自带的电流传感器采样获得，ab相电流经过clark和park变换转换为d‘q‘轴电流，其中park变换需要位置信息，估计的位置信息转速以及反电势幅值三者都由无位置算法计算并提供。具体实施步骤如下：

步骤一、永磁同步电机处于无位置传感器运行过程中，通过控制电机的转速和直轴电流，得到至少4种不同电机工作状态下的数据，数据包括不同稳态下d’q’轴电流平均值和

无位置算法估计的转子电角速度的均值无位置算法估计的电机反电势幅值的均值

步骤二、将步骤一获取的数据代入公式(1)，计算得到估计磁链的均值

和电流矢量与估计转子位置的夹角的均值

步骤三、将步骤一和步骤二的数据代入公式(2)，获得数据矩阵x_i：

式中，下角标i用于区分不同稳态时的数据。

步骤四、估计的参数矩阵

需要通过迭代的方法来计算，用

来表示在第k次迭代时

的值，

表示

的初始值，

应保证步骤五的估计值

是实数，初始值可选择为

另外初始化参数m和w，m和w是迭代算法中的内部参数，m是一个自然数变量，其变化规律详见步骤八到步骤十，w是介于0到1之间的数，可以任意设定，m的初始值可选择为0，w需要取0～1之间的实数。

步骤五、在第k次迭代时，根据公式(3)计算估计值

是由估计参数

计算出的

的估计值。

步骤六、根据公式(4)和公式(5)计算数据矩阵y(k)、Z(k)：

步骤七、根据步骤六计算的结果计算参数矩阵

步骤八、根据公式(7)计算参数矩阵

式中，m的数值在步骤四时初始化为0。

步骤九、把代入公式(3)计算f(x_i,θ')，把

代入公式(4)和公式(5)计算y'。

步骤十、如果y'满足下面两个条件中的任何一个，那么m加1，跳转到步骤八，否则跳转到步骤十一：

条件1：

条件2：

步骤十一、m＝0。

步骤十二、通过公式(8)计算电机的参数：

式中，L_m、R_m是无位置算法中电机模型的参数。

步骤十三、如果λ(k+1)，R(k+1)，L(k+1)，V_dead(k+1)满足那么算法结束，否则跳转到步骤五，式中，α是λ，R，L和V_dead，ε是一个大于0的极小值。

实施例1：

本发明提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法，所述方法具体实施步骤如下：

步骤一、在电机稳速运行时，设定d轴电流依次设置为至少4种不同的数值，得到至少4种不同电机工作状态下的数据，数据包括不同稳态下d’q’轴电流平均值

和

无位置算法估计的转子电角速度的均值

无位置算法估计的电机反电势幅值的均值

表1给出了电机转速为240转每分钟，控制d’轴电流分别为0A，0.5A，1A和1.5A时记录的四组数据，图2给出了使用表1中数据的辨识结果。

表1

步骤二、将步骤一获取的数据代入公式(1)，计算得到估计磁链的均值

和电流矢量与估计转子位置的夹角的均值

步骤三、将步骤一和步骤二的数据代入公式(2)，获得数据矩阵x_i：

式中，下角标i用于区分不同稳态时的数据。

步骤四、估计的参数矩阵需要通过迭代的方法来计算，用

来表示在第k次迭代时

的值，

表示的初始值，本实施例选择

另外初始化m的初始值和w，本实施例(使用表1中数据和辨识结果图2)w＝0.9，m初始值为0。

步骤五、在第k次迭代时，根据公式(3)计算

步骤六、根据公式(4)和公式(5)计算数据矩阵y(k)、Z(k)：

步骤七、根据步骤六计算的结果计算参数矩阵

步骤八、根据公式(7)计算参数矩阵

式中，m的数值在步骤四时初始化为0。

步骤九、把

代入公式(3)计算f(x_i,θ')，把

代入公式(4)和公式(5)计算y'。

步骤十、如果y'满足下面两个条件中的任何一个，那么m加1，跳转到步骤八，否则跳转到步骤十一：

条件1：

条件2：

步骤十一、

m＝0。

步骤十二、通过公式(8)计算电机的参数：

式中，L_m、R_m是无位置算法中电机模型的参数。

步骤十三、如果λ(k+1)，R(k+1)，L(k+1)，V_dead(k+1)满足

那么算法结束，否则跳转到步骤五，式中，α是λ，R，L和V_dead，ε是一个大于0的极小值。

实施例2：

本发明提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制中的参数辨识方法，所述方法具体实施步骤如下：

步骤一、在电机在两种不同转速运行时比如(240转每分钟和600转每分钟)，分别设定D‘轴电流依次设置为至少2种不同的数值(比如0A，0.5A)，得到至少4种不同电机工作状态下的数据，数据包括不同稳态下D’Q’轴电流平均值

和

无位置算法估计的转子电角速度的均值

无位置算法估计的电机反电势幅值的均值

表2给出了电机转速分别为240转每分钟、600转每分钟，D’电流分别为0A和0.5A时记录的四组数据，图3给出了使用表2中数据时的辨识结果。

表2

步骤二、将步骤一获取的数据代入公式(1)，计算得到估计磁链的均值

和电流矢量与估计转子位置的夹角的均值

步骤三、将步骤一和步骤二的数据代入公式(2)，获得数据矩阵x_i：

式中，下角标i用于区分不同稳态时的数据。

步骤四、估计的参数矩阵

需要通过迭代的方法来计算，用

来表示在第k次迭代时

的值，表示

的初始值，本实施例选择另外初始化m和w，本实施例(使用表2中数据和辨识结果图3)中w＝0.9，m初始值为0。

步骤五、在第k次迭代时，根据公式(3)计算

步骤六、根据公式(4)和公式(5)计算数据矩阵y(k)、Z(k)：

步骤七、根据步骤六计算的结果计算参数矩阵

步骤八、根据公式(7)计算参数矩阵

式中，m的数值在步骤四时初始化为0。

步骤九、把

代入公式(3)计算f(x_i,θ')，把

代入公式(4)和公式(5)计算y'。

步骤十、如果y'满足下面两个条件中的任何一个，那么m加1，跳转到步骤八，否则跳转到步骤十一：

条件1：条件2：

步骤十一、

m＝0。

步骤十二、通过公式(8)计算电机的参数：

式中，L_m、R_m是无位置算法中电机模型的参数。

步骤十三、如果λ(k+1)，R(k+1)，L(k+1)，V_dead(k+1)满足

那么算法结束，否则跳转到步骤五，式中，α是λ，R，L和V_dead，ε是一个大于0的极小值。