一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法

本发明涉及电机控制，具体的是一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法。

背景技术：

1、永磁同步电机(pmsm)因其结构简单、功率密度大、效率高等优点，近年来一直被广泛应用于工业领域，特别是一些需要精密控制的场合，比如数控机床、航空航天、电动汽车等。永磁同步电机通常采用双闭环矢量控制方法，在这种控制方法中准确的电机参数对电机的高性能控制效果起着至关重要的作用。然而永磁同步电机在运行过程中，其参数可能会随着温度、机器老化和环境条件而变化，从而导致机器性能下降甚至系统失稳。因此，精确地辨识永磁同步电机的参数成为了一项亟需解决的问题。

2、由于自回归最小二乘算法结构简单，且对叠加白噪声的信号可以实现无偏估计，因此该方法是目前应用较为广泛的一种永磁同步电机模型参数辨识算法。但是由于传统的分段式最小二乘法参数辨识算法忽略了d轴电流项与电流微分项，一方面使得电压模型的准确性降低，另一方面使得该方法仅能在电机瞬态运行状态下才能进行参数辨识，而在电机处于稳态运行状态时，极有可能由于相邻两组采样数据线性相关度过高导致方程组缺秩，最终造成辨识失败。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，一方面提升了辨识模型的准确性，另一方面使得在电机稳态运行状态下依旧能够成功辨识电机参数。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，方法包括以下步骤：

3、对电机d轴电流注入带有直流偏置的三角波，保证电流微分项的准确性；

4、在自回归最小二乘算法的辨识方程中考虑永磁同步电机的电压方程中的电流微分项，降低电压方程组的线性相关度；

5、将相邻两组线性相关度低的输入数据组合成新的电压方程组；

6、将电机的参数分为两段，利用生成的新的电压方程组进行辨识，输出辨识结果。

7、优选地，所述带有直流偏置的三角波包括频率、幅值、直流偏置三个特征量，通过调整三个特征量构建三角波。

8、优选地，所述电流微分项使用下一时刻电流实际值与本时刻电流实际值之差再除以采样周期得到，利用割线来代替切线，且电流采样周期远小于电流周期。

9、优选地，所述永磁同步电机的电压方程为：

10、

11、其中，ud、uq为dq轴电压，id、iq为dq轴电流，ωe为电角速度，rs为电机相电阻，ld、lq为电机dq轴电感，ψf为电机永磁体磁链；

12、对于采用表贴式永磁体的永磁同步电机而言，有ld＝lq＝ls，因此永磁同步电机的电压方程进一步变换为下式：

13、

14、优选地，所述将电机的参数分为两段，第一段先辨识电机电阻与电机电感，第二段将电机电阻与电机电感视为已知量，再辨识电机磁链。

15、优选地，所述利用生成的新的方程组进行辨识：线性相关度较低：两组数据不成正比；其次，不成正比的两组数据构成的方程组秩为2，而分段辨识的第一段所需辨识的参数个数也为2，因此方程组满秩，有唯一解，故实现参数辨识。

16、优选地，所述辨识过程包括以下步骤：

17、使用双闭环矢量控制使永磁同步电机起动并升速，待达到给定转速后电机开始处于稳定运行状态；

18、对电机的d轴电流注入一定频率、幅值与直流偏置的三角波；

19、对电机的dq轴电流实际值、dq轴电压给定值与电角速度进行采样，运行电机参数辨识程序，并实时导出电机参数辨识结果；

20、将辨识得到的电机电阻、电感与磁链作为新的电机参数，作为后续调整电机控制参数的依据。

21、优选地，所述辨识过程的方程如下：

22、第一段：注入带有直流偏置的三角波，辨识电机电阻rs与电机电感ls；

23、辨识所采用的电压方程为：

24、

25、其中，ζ为均值为0的系统噪声，ts为采样周期，n表示第n次采样结果；

26、因此，由上式得到第一段的辨识矩阵：

27、

28、其中，为第一段分支权重矩阵，d1为第一段期望响应矩阵，为第一段分支输入矩阵；

29、根据自回归最小二乘算法，按照上式的定义即可实时地得到电机电阻rs与电感ls的辨识值；

30、第二段：将电机电阻rs与电感ls的辨识值视为已知量，辨识电机磁链ψf；

31、辨识所采用的电压方程为：

32、

33、因此，由上式得到第二段的辨识矩阵：

34、

35、其中，为第二段分支权重矩阵，d2为第二段期望响应矩阵，为第二段分支输入矩阵；

36、根据自回归最小二乘算法，按照上式的定义即可实时地得到电机磁链ψf辨识值。

37、优选地，一种设备，包括：

38、一个或多个处理器；

39、存储器，用于存储一个或多个程序；

40、当一个或多个所述程序被一个或多个所述处理器执行，使得一个或多个所述处理器实现如上所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法。

41、优选地，一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法。

42、本发明的有益效果：

43、本发明提出的基于三角波注入的分段式自回归最小二乘法参数辨识可以实现电机在稳态运行时依旧成功实时辨识电机的电阻、电感以及磁链，从而进一步提升永磁同步电机双闭环矢量控制的控制性能。

技术特征：

1.一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述带有直流偏置的三角波包括频率、幅值、直流偏置三个特征量，通过调整三个特征量构建三角波。

3.根据权利要求1所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述电流微分项使用下一时刻电流实际值与本时刻电流实际值之差再除以采样周期得到，利用割线来代替切线，且电流采样周期远小于电流周期。

4.根据权利要求1所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述永磁同步电机的电压方程为：

5.根据权利要求1所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述将电机的参数分为两段，第一段先辨识电机电阻与电机电感，第二段将电机电阻与电机电感视为已知量，再辨识电机磁链。

6.根据权利要求1所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述利用生成的新的方程组进行辨识：线性相关度较低：两组数据不成正比；其次，不成正比的两组数据构成的方程组秩为2，而分段辨识的第一段所需辨识的参数个数也为2，因此方程组满秩，有唯一解，故实现参数辨识。

7.根据权利要求6所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述辨识过程包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述辨识过程的方程如下：

9.一种设备，其特征在于，包括：

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-8中任一所述的一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法。

技术总结
本发明公开了一种基于三角波注入的永磁同步电机参数辨识方法，涉及电机控制技术领域，对电机d轴电流注入带有直流偏置的三角波；在自回归最小二乘算法的辨识方程中考虑永磁同步电机的电压方程中的电流微分项；将相邻两组线性相关度低的输入数据组合成新的方程组；将电机的参数分为两段，利用生成的新的方程组进行辨识，输出辨识结果；本发明提出的基于三角波注入的分段式自回归最小二乘法参数辨识可以实现电机在稳态运行时依旧成功实时辨识电机的电阻、电感以及磁链，从而进一步提升永磁同步电机双闭环矢量控制的控制性能。

技术研发人员：王青松,杨鹏飞,花为,程明
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11