本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識，具體的是一種基于虛擬軸系電壓注入的永磁同步電機(jī)在線電感辨識的優(yōu)化辨識策略。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)因其高功率密度、寬轉(zhuǎn)速范圍以及良好的控制性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)驅(qū)動(dòng)、交通運(yùn)輸、家用電器和可再生能源等領(lǐng)域。在永磁同步電機(jī)的控制策略中，電機(jī)控制需要較為精確的電機(jī)參數(shù)模型來建立控制算法，從而達(dá)到較好的控制性能，目前，關(guān)于永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識的算法有很多，比如靜態(tài)測試法、線性最小二乘法（rls）、模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和交流測試法等，其中靜態(tài)測試法則是通過對靜止?fàn)顟B(tài)下的電機(jī)加直流電壓并觀察電流變化以此來推算直軸和交軸電感，但是在實(shí)際的電機(jī)中，電機(jī)的電感會(huì)隨著電機(jī)運(yùn)行時(shí)間而發(fā)生變化，這就導(dǎo)致了運(yùn)行中的電機(jī)電感與靜態(tài)測試法中的辨識電感誤差很大，從而導(dǎo)致控制算法參數(shù)不準(zhǔn)確，使得整個(gè)控制性能變差，而模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與線性最小二乘法則是需要收集大量電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型，然后通過模型輸出估算電感值，該方法需要獲取大量電機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，要建立在有感控制的基礎(chǔ)上得到運(yùn)行數(shù)據(jù)才能輸出估算的電感值。在交流測試法中，通過在電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)軸系注入高頻信號傳統(tǒng)高頻信號注入法是基于電機(jī)電感在高頻下的阻抗模型進(jìn)行電感辨識，但是當(dāng)轉(zhuǎn)子位置觀測誤差角較大時(shí)，該方法誤差較大。

2、在實(shí)際電機(jī)的運(yùn)行過程中，電機(jī)參數(shù)是未知的，且隨著時(shí)間會(huì)變化，而實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的控制算法需要較為精確的電感取值，在目前的控制算法中，較少涉及到參數(shù)的在線辨識，多是離線辨識的情況，或者需要電機(jī)運(yùn)行的大量數(shù)據(jù)建立模型，而這在電機(jī)的實(shí)際工況下是不現(xiàn)實(shí)的，這就需要一種能在線觀測電感的辨識算法來優(yōu)化永磁同步電機(jī)的控制性能。

3、傳統(tǒng)的高頻信號注入法辨識主要是基于電機(jī)的高頻阻抗模型，在電機(jī)的同步旋轉(zhuǎn)軸系dq軸注入一個(gè)高頻信號，之后再將該信號與電機(jī)主頻信號分離，再對該分離信號進(jìn)行分析計(jì)算，達(dá)到辨識的目的，但是由于電機(jī)控制算法中觀測的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子角度和實(shí)際的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子角度存在誤差，當(dāng)觀測轉(zhuǎn)子位置角與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置角差距較大時(shí)，此傳統(tǒng)方法估計(jì)的電感與實(shí)際電感存在的誤差較大。虛擬軸系旋轉(zhuǎn)信號注入法由于原理的優(yōu)越性，不受位置誤差的影響，但是該算法受到電機(jī)電壓交叉耦合效應(yīng)的影響，存在一定的辨識誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其克服了背景技術(shù)中所描述的不足。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是：

3、一種提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，包括以下步驟：

4、步驟一，根據(jù)永磁同步電機(jī)在abc靜止三相坐標(biāo)系下的等效模型進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機(jī)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的等效模型；

5、步驟二，構(gòu)建相對電機(jī)dq軸旋轉(zhuǎn)的虛擬軸系，分析得出由電機(jī)dq同步旋轉(zhuǎn)軸向虛擬軸系變換的變化矩陣；

6、步驟三，通過步驟二得到的坐標(biāo)變化矩陣對電機(jī)在dq軸下的等效模型進(jìn)行坐標(biāo)變換，將電機(jī)等效模型分解到虛擬軸系下；

7、步驟四，在虛擬軸系上注入高頻余弦信號；

8、步驟五，將步驟三中得到的電機(jī)等效模型的單獨(dú)出來，提取辨識算法需要的公式；

9、步驟六，將雜散項(xiàng)和耦合項(xiàng)通過解耦環(huán)節(jié)去除；

10、步驟七，通過離散傅里葉分解算法，將響應(yīng)的辨識信號通過離散傅里葉變換濾出，得到關(guān)于高頻信號的分量，再根據(jù)式(13)進(jìn)行計(jì)算，得到電感響應(yīng)曲線從而計(jì)算出辨識電感；

11、(13)

12、式中，為軸上高頻電流分量幅值，為高頻信號頻率，為離散傅里葉分解后得到的高頻電壓分量再經(jīng)算法解耦后的電壓，最后化簡得到軸電感與永磁同步電機(jī)直軸交軸電感的關(guān)系式。

13、一較佳技術(shù)方案：步驟一中，電機(jī)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的等效模型為：

14、(1)

15、式中，分別為電機(jī)定子電阻，電機(jī)直軸電感和電機(jī)交軸電感，分別為電機(jī)直軸電壓、電機(jī)交軸電壓、電機(jī)直軸電流和電機(jī)交軸電流，分別為電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度和永磁體磁鏈。

16、一較佳技術(shù)方案：步驟二中，電機(jī)等效模型由同步旋轉(zhuǎn)軸系向虛擬軸系的變換矩陣為式(2)：

17、(2)

18、式中，分別為γ軸的相位角和d軸的相位角。

19、一較佳技術(shù)方案：步驟三中，得到永磁同步電機(jī)在虛擬軸系下的等效模型為：

20、?(3)

21、一較佳技術(shù)方案：式（3）中的永磁同步電機(jī)在虛擬軸系下的等效模型展開后為：

22、(4)

23、式中，分別為γ軸、δ軸上的電壓和電流， p為微分算子。

24、一較佳技術(shù)方案：步驟四中的高頻余弦信號為：

25、(5)

26、式中，分別為注入高頻信號在、軸上的分量以及高頻電壓的幅值，分別為信號的頻率角速度和初相位。

27、一較佳技術(shù)方案：將式（4）中的單獨(dú)出來分析得到：

28、(6)

29、(7)

30、(8)

31、(9)

32、(10)

33、式中，分別為辨識誤差、軸電流損耗、軸電流耦合損耗。

34、一較佳技術(shù)方案：步驟五中，辨識算法需要提取的式子為：

35、(11)

36、一較佳技術(shù)方案：步驟七中離散傅里葉分解算法采用離散傅里葉變換，其公式為：

37、(12)

38、式中， xamp為dft算法中得到的指定諧波幅值， n為時(shí)域離散信號的點(diǎn)數(shù)， n為時(shí)域離散信號的編號， m為頻域信號的編號， x（ n）為在傅里葉變換過程中的第n個(gè)采樣值。

39、一較佳技術(shù)方案：步驟七中，化簡得到軸電感與永磁同步電機(jī)直軸交軸電感的關(guān)系式為：

40、(14)

41、式中，為軸上的辨識電感，先根據(jù)式(14)可以得到關(guān)于和的電感曲線，然后根據(jù)凸極式電機(jī)的凸極性；在凸極式永磁同步電機(jī)中的電感值會(huì)小于電感值，該曲線的最低點(diǎn)即為的電感值，該曲線的最高點(diǎn)即為的電感值。

42、通過采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

43、本發(fā)明提出基于虛擬軸系的解耦算法，是原辨識算法的改良，將原辨識算法前端解耦，消除了干擾項(xiàng)和耦合項(xiàng)的影響，解決了原方法精度不夠以及跟蹤性能不好的問題，達(dá)到降低誤差的效果，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性以及對電機(jī)電感參數(shù)的跟蹤性能。

技術(shù)特征：

1.一種提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟一中，電機(jī)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的等效模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟二中，電機(jī)等效模型由同步旋轉(zhuǎn)軸系向虛擬軸系的變換矩陣為式(2)，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟三中，得到永磁同步電機(jī)在虛擬軸系下的等效模型為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，式（3）中的永磁同步電機(jī)在虛擬軸系下的等效模型展開后為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟四中的高頻余弦信號為：(5)?，

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，將式（4）中的單獨(dú)出來分析得到：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟五中，辨識算法需要提取的式子為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟七中離散傅里葉分解算法采用離散傅里葉變換，其公式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，其特征在于，步驟七中，化簡得到軸電感與永磁同步電機(jī)直軸交軸電感的關(guān)系式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法，涉及永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識技術(shù)領(lǐng)域。提高永磁同步電機(jī)電感參數(shù)辨識精度的解耦控制方法通過在虛擬軸系上注入高頻余弦信號，提取辨識算法需要的公式，將雜散項(xiàng)和耦合項(xiàng)通過解耦環(huán)節(jié)去除；通過離散傅里葉分解算法，將響應(yīng)的辨識信號通過離散傅里葉變換濾出，得到關(guān)于高頻信號的分量，得到電感響應(yīng)曲線從而計(jì)算出辨識電感。本發(fā)明提出基于虛擬軸系的解耦算法，是原辨識算法的改良，將原辨識算法前端解耦，消除了干擾項(xiàng)和耦合項(xiàng)的影響，解決了原方法精度不夠以及跟蹤性能不好的問題，達(dá)到降低誤差的效果，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性以及對電機(jī)電感參數(shù)的跟蹤性能。

技術(shù)研發(fā)人員：肖龍,陳鍇,詹榮花,陳冬冬,連和謬,楊明杰,于雷,郭鑫,周燦,黃家琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：閩南理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2