太阳城集团

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一种同步电机电感参数辨识方法及其实现系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201180004211.7

申请日:

2011.03.30

公开号:

太阳城集团CN102763324B

公开日:

2015.01.14

当前法律状态:

有效性:

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02P 21/14申请日:20110330|||公开
IPC分类号: H02P21/14 主分类号: H02P21/14
申请人: 深圳市英威腾电气股份有限公司
发明人: 王玉雷; 徐铁柱
地址: 518055 广东省深圳市南山区龙井高发科技工业园4号厂房
优先权:
专利代理机构: 深圳市深佳知识产权代理事务所(普通合伙) 44285 代理人: 唐华明
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法律状态
申请(专利)号:

CN201180004211.7

授权太阳城集团号:

太阳城集团102763324B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.14|||2012.12.26|||2012.10.31

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开一种同步电机电感参数辨识方法及其实现系统,首先确定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴,然后向电机的d轴注入一定幅值的高频电压或电流信号,获取d轴的反馈高频电流或电压中与注入高频电压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,根据所述d轴反馈高频电流或电压分量的幅值计算d轴电感Ld。本发明易于实现,对电机反馈电流采样精度要求不高,注入电机的高频电压信号的频率和幅值也容易控制,可直接辨识得到电机的d轴电感和q轴电感,电机轴无论是处于自由态,还是处于抱紧状态,都不影响辨识的精度。

权利要求书

1.一种同步机电感参数辨识方法,其特征是:所述的方法为首先确定电
机的转子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴,然后向电机的d轴注入一定幅
值的高频电压或电流信号,获取d轴的反馈高频电流或电压中与注入高频电
压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,根据所述d轴反馈高
频电流或电压分量的幅值计算d轴电感Ld。
2.根据权利要求1所述的同步机电感参数辨识方法,其特征是:所述确
定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴步骤包括:向同步电机中任
意选取的γ-δ坐标系中的γ轴上注入一组幅值从0逐渐增大的高频正弦电压
或电流信号;获取反馈高频电流或电压的γ轴和δ轴分量并对其进行坐标λ-κ
变换,根据变换结果得到磁极位置角θr,所述λ-κ坐标轴超前γ-δ坐标轴45
度;根据得到的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐逼近电机的磁极坐
标d-q轴,直至θr达到稳定,此时γ-δ轴坐标即为d-q轴坐标。
3.根据权利要求2所述的同步机电感参数辨识方法,其特征是:所述的
向同步电机中任意选取的γ-δ坐标系中的γ轴上注入幅值从0逐渐增大的电
压或电流信号,直到反馈高频电流或电压的γ轴幅值达到设定值,或者注入的
高频电压或电流幅值达到设定值时,注入的高频电压或电流幅值保持不变,
此时向同步电机γ轴上注入的电压或电流信号幅值等于向电机的d轴注入的
高频电压或电流信号的幅值,用于计算d轴电感Ld。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的同步机电感参数辨识方法,其特
征是:所述的计算d轴电感Ld之后还包括计算q轴电感Lq,具体包括:向电
机的q轴注入一定幅值的高频电压或电流信号,获取q轴的反馈高频电流或
电压中与注入高频电压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,
根据所述q轴反馈高频电流或电压分量的幅值计算q电感Lq。
5.根据权利要求4所述的同步机电感参数辨识方法,其特征是:所述的
计算q轴电感Lq之前,还包括下述步骤:
向d轴注入一固定值的直流电流;
并将所述向d轴注入的直流电流,与同步电机反馈电流的d轴直流分量
进行PI调节;
将PI调节得到的d轴直流电压与q轴上注入的正弦高频电压叠加;
逐渐增加注入到q轴上的高频电压或电流幅值,直到反馈电流或电压的
幅值达到设定值,或向q轴注入的高频电压或电流幅值达到设定值。
6.根据权利要求5所述的同步机电感参数辨识方法,其特征是:所述PI
调节时,采用的同步电机反馈电流或电压的d轴直流分量,是采用低通滤波
器得到反馈电流的直流分量。
7.根据权利要求1所述的同步电机电感参数辨识方法,其特征是:所述
向电机的d轴注入一定幅值的高频电压或电流信号是将高频电压或电流信号
通过逆变器的PWM模块注入电机d轴的,所述注入的高频电压或电流信号的
频率大于同步电机的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率。
8.根据权利要求4所述的同步电机电感参数辨识方法,其特征是:所述
向电机的q轴注入一定幅值的高频电压或电流信号是将高频电压或电流信号
通过逆变器的PWM模块注入电机q轴的,所述注入的高频电压或电流信号的
频率大于同步电机的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率。
9.一种实现如权利要求1所述的同步电机电感参数辨识方法的系统,其
特征是:所述的系统包括初始磁极定位模块、d轴高频电压/电流注入模块、d
轴带通滤波模块、d轴电感计算模块,其中:
所述初始磁极定位模块,用于确定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐
标轴d-q轴;
所述d轴高频电压/电流注入模块,根据所述初始磁极定位模块确定的磁
极轴位置,将一定幅值的高频电压或电流注入电机的d轴;
所述d轴带通滤波模块,用于提取d轴的反馈高频电流或电压中与注入
与电压或电流同频率的高频电流或电压的d轴分量;
所述d轴电感计算模块,用于根据所述d轴分量,计算高频反馈电流或
电压d轴分量的幅值,并根据d轴分量的幅值计算得到d轴电感。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征是:所述d轴高频电压/电流注
入模块,还用于在所述初始磁极定位模块确定电机转子磁极轴位置时,向同
步电机的任选坐标系γ-δ的γ轴上注入一组幅值从0逐渐增大的高频正弦电
压或电流信号。
11.根据权利要求10所述的系统,其特征是:所述系统还包括:λ-κ坐
标变换模块,用于将得到的γ-δ轴的反馈高频电流或电压变换到阻抗观测轴
λ-κ;所述初始磁极定位模块通过所述λ-κ坐标变换模块与所述d轴带通滤
波模块相连,其根据λ-κ坐标变换模块的变换结果得到磁极位置角θr,根据
得到的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐逼近电机的磁极坐标d-q轴,
直至θr达到稳定,此时γ-δ轴坐标即为d-q轴坐标。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统,其特征是:所述的系统
还包括q轴高频电压/电流注入模块、q轴带通滤波模块和q轴电感计算模块,
其中:
所述q轴高频电压/电流注入模块,将一定幅值的高频电压或电流注入电
机的q轴;
所述q轴带通滤波模块,用于提取q轴的反馈高频电流或电压中与注入
与电压或电流同频率的高频电流或电压的q轴分量;
q轴电感计算模块,用于根据所述q轴分量,计算高频反馈电流或电压q
轴分量的幅值,并根据q轴分量的幅值计算得到q轴电感。
13.根据权利要求12所述的系统,其特征是:所述的系统还包括直流PI
调节器模块,用于将磁极轴锁定,保证向注入q轴高频电压或电流时磁极轴
不转动,令注入d轴的直流电流为一设定值,与反馈的d轴电流的直流分量
进行PI调节,得到d轴电压,将直流PI调节器模块输出的d轴电压与q轴高
频电压注入模块注入的高频电压进行叠加。
14.根据权利要求13所述的系统,其特征是:所述直流PI调节器模块通
过电流/电压低通滤波器模块获取反馈电流的直流分量。
15.根据权利要求12所述的系统,其特征是:所述的系统还包括逆变器
SVPWM模块,d轴高频电压/电流注入模块通过逆变器的SVPWM模块将注
入的高频电压或电流输入到同步电机d轴;q轴高频电压/电流注入模块通过
逆变器的SVPWM模块将注入的高频电压或电流输入到同步电机q轴。

说明书

一种同步电机电感参数辨识方法及其实现系统

技术领域

本发明公开一种电感参数辨识方法及其实现系统,特别是一种同步电机
电感参数辨识方法及其实现系统。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度大、损耗小、效率高、功率因数高、适合直
驱等优点,在电气传动领域应用越来越广泛。在早期,同步电机通常采用带
编码器反馈的矢量控制或者采用开环V/F控制,应用领域受到很大限制。目前,
同步电机的无速度传感器矢量控制技术已被少数变频器厂家所掌握并将其应
用于塑料、机械、油田、风机、水泵等领域。无速度传感器矢量控制通常采
用转子磁链(即永磁体磁链)定向策略,而辨识电机的转子磁链需要知道电
机的电感参数,包括直流电感Ld以及交轴电感Lq。目前,辨识同步电机的直
流电感Ld以及交轴电感Lq通常采用脉冲电压冲击法,方法步骤如下:

1、选取任意坐标为d轴(即磁极轴),发出d轴电压,将转子的磁极吸引
到d轴;

2、向电机施加一个固定的d轴脉冲电压,同时采样d轴的反馈电流,根据
公式: i d = u d r s ( 1 - e - r s L d t ) ]]>计算得到d轴电感;

3、向电机施加短太阳城集团的固定q轴脉冲电压,同时采样q轴反馈电流,根据
公式: i q = u q r s ( 1 - e - r s L q t ) ]]>计算得到q轴电感。

上述方法具有如下的缺点:

1、需要通过施加直流的方法来得到电机的d轴(转子磁极轴),如果电
机的轴无法转动,比如电梯曳引机等带抱闸机械,则无法得到电机的d轴;

2、要先得到电机的定子电阻rs,而定子电阻rs的精度会影响辨识的电感参
数的精度;

3、施加的固定电压幅值不容易选取,如果施加的固定电压幅值过大,会
造成过流;如果施加的固定电压幅值过小,则电流小,影响检测精度。同时q
轴电压施加的太阳城集团要求要比较短,否则电机会转动,容易造成q轴电感参数辨
识不准。

4、由于施加固定电压的太阳城集团比较短,对电流采样要求较高,要求电流采
样快而且准,否则容易造成参数辨识偏差。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的同步电机的直流电感Ld以及交轴电感Lq检
测、计算比较困难的缺点,本发明提供一种同步电机电感参数辨识方法及其
实现系统,该方法在不增加硬件的基础上,能静态辨识电机电感参数。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是:一种同步机电感参数辨识方
法,该方法为首先确定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴,然后
向电机的d轴注入一定幅值的高频电压或电流信号,获取d轴的反馈高频电
流或电压中与注入高频电压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅
值,根据所述d轴反馈高频电流或电压分量的幅值计算d轴电感Ld。

本发明同时提供一种实现上述的同步电机电感参数辨识方法的系统,系
统包括初始磁极定位模块、d轴高频电压/电流注入模块、d轴带通滤波模块、
d轴电感计算模块,其中:

所述初始磁极定位模块,用于确定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐
标轴d-q轴;

所述d轴高频电压/电流注入模块,根据所述初始磁极定位模块确定的磁
极轴位置,将一定幅值的高频电压或电流注入电机的d轴;

所述d轴带通滤波模块,用于提取d轴的反馈高频电流或电压中与注入
与电压或电流同频率的高频电流或电压的d轴分量;

所述d轴电感计算模块,用于根据所述d轴分量,计算高频反馈电流或
电压d轴分量的幅值,并根据d轴分量的幅值计算得到d轴电感。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括:

所述确定电机的转子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴步骤包括:向同
步电机中任意选取的γ-δ坐标系中的γ轴上注入一组幅值从0逐渐增大的高
频正弦电压或电流信号;获取反馈高频电流或电压的γ轴和δ轴分量并对其进
行坐标λ-κ变换,根据变换结果得到磁极位置角θr,所述λ-κ坐标轴超前γ-δ
坐标轴45度;根据得到的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐逼近电机
的磁极坐标d-q轴,直至θr达到稳定,此时γ-δ坐标即为d-q坐标。

所述的向同步电机中任意选取的γ-δ坐标系中的γ轴上注入幅值从0逐
渐增大的电压或电流信号,直到反馈高频电流或电压的γ轴幅值达到设定值,
或者注入的高频电压或电流幅值达到设定值时,注入的高频电压或电流幅值
保持不变,此时向同步电机γ轴上注入的电压或电流信号幅值等于向电机的d
轴注入的高频电压或电流信号的幅值,用于计算d轴电感Ld。

所述的计算d轴电感Ld之后还包括计算q轴电感Lq,具体包括:向电机
的q轴注入一定幅值的高频电压或电流信号,获取q轴的反馈高频电流或电
压中与注入高频电压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,根
据所述q轴反馈高频电流或电压分量的幅值计算q电感Lq。

所述的计算q轴电感Lq之前,还包括下述步骤:

向d轴注入一固定值的直流电流;

并将所述向d轴注入的直流电流与同步电机反馈电流的d轴直流分量进
行PI调节;

将PI调节得到的d轴电压与q轴上注入的正弦高频电压叠加;

逐渐增加注入到q轴上的高频电压或电流幅值,直到反馈电流或电压的
幅值达到设定值,或向q轴注入的高频电压或电流幅值达到设定值。

所述PI调节时,采用的同步电机反馈电流或电压的d轴直流分量,是采
用低通滤波器得到反馈电流或电压的直流分量。

所述向电机的d轴注入一定幅值的高频电压或电流信号是将高频电压或
电流信号通过逆变器的PWM模块注入电机d轴的,所述注入的高频电压或电
流信号的频率大于同步电机的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率。

所述向电机的q轴注入一定幅值的高频电压或电流信号是将高频电压或
电流信号通过逆变器的PWM模块注入电机q轴的,所述注入的高频电压或电
流信号的频率大于同步电机的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率。

所述的系统还包括q轴高频电压/电流注入模块、q轴带通滤波模块和q
轴电感计算模块,其中:

所述q轴高频电压/电流注入模块,将一定幅值的高频电压或电流注入电
机的q轴;

所述q轴带通滤波模块,用于提取q轴的反馈高频电流或电压中与注入
与电压或电流同频率的高频电流或电压的q轴分量;

q轴电感计算模块,用于根据所述q轴分量,计算高频反馈电流或电压q
轴分量的幅值,并根据q轴分量的幅值计算得到q轴电感。

所述的系统还包括直流PI调节器模块,用于将磁极轴锁定,保证向注入
q轴高频电压或电流时磁极轴不转动,令注入d轴的直流电流为一设定值,与
反馈的电流或电压的直流分量进行PI调节,得到d轴电压或电流,将直流PI
调节器模块输出的d轴电压与q轴高频电压/电流注入模块注入的高频电压进
行叠加。

所述PI调节器模块通过电流/电压低通滤波器模块获取反馈电流的直流
分量。

所述的系统还包括逆变器SVPWM模块,d轴高频电压/电流注入模块通
过逆变器的SVPWM模块将注入的高频电压或电流输入到同步电机d轴;q
轴高频电压/电流注入模块通过逆变器的SVPWM模块将注入的高频电压或电
流输入到同步电机q轴。

本发明的有益效果是:通过本发明可以在不增加硬件成本的基础上即可
在通用变频器上实现比较准确的辨识同步电机的d轴电感和q轴电感。本发
明易于实现,对电机反馈电流采样精度要求不高,注入电机的高频电压信号
的频率和幅值也容易控制,可直接辨识得到电机的d轴电感和q轴电感,电
机轴无论是处于自由态,还是处于抱紧状态,都不影响辨识的精度。通过本
发明可实现对表贴式同步电机、内嵌式同步电机和电励磁同步电机的d轴电
感和q轴电感比较准确的辨识,通过辨识得到的参数可用于对同步电机的矢
量控制算法中。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明所采用的坐标系及其相互关系。

图2为本发明辨识d轴电感的原理框图。

图3为本发明辨识q轴电感的原理框图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式,其他凡其原理和基本结构与本实施例
相同或近似的,均在本发明保护范围之内。

本发明主要的为一种同步机电感参数辨识方法,其首先要确定电机的转
子磁极轴位置,得到磁极坐标轴d-q轴,然后向电机的d轴注入一定幅值的高
频电压或电流信号,获取d轴的反馈高频电流或电压中与注入高频电压或电
流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,根据所述d轴反馈高频电流
或电压分量的幅值计算d轴电感Ld。本发明在确定电机的转子磁极轴位置,
得到磁极坐标轴d-q轴时,步骤如下:向同步电机中任意选取的γ-δ坐标系
中的γ轴上注入一组幅值从0逐渐增大的高频正弦电压或电流信号;采样反馈
高频电流或电压的γ轴和δ轴分量并对其进行坐标λ-κ变换,根据变换结果得
到磁极位置角θr,本实施例中,λ-κ坐标轴超前γ-δ坐标轴45度;根据得到
的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐逼近电机的磁极坐标d-q轴,直
至θr达到稳定,本实施例中,θr达到稳定是指θr在一个足够小的阈值范围内波
动,此时γ-δ坐标轴即可认为是γ-δ坐标轴。本发明中,还可以根据确定
的电机的磁极坐标d-q轴来计算同步电机的q轴电感Lq,具体包括:向电机的
q轴注入一定幅值的高频电压或电流信号,获取q轴的反馈高频电流或电压中
与注入高频电压或电流频率相同的反馈高频电流或电压分量的幅值,根据所
述q轴反馈高频电流或电压分量的幅值计算q电感Lq。为了保证在向q轴注
入高频电压或电流信号时,电机转子不转动,可以在q轴注入高频电压或电
流信号的同时,在d轴注入一个直流电流,用来锁定转子磁极位置,从而保
证辨识q轴电感的精确度。

本发明中,用到的同步电机基本理论如下:

当调速系统采用SVPWM电压源逆变器供电的情况下,可通过逆变器
SVPWM模块将一定幅值的高频正弦电压信号直接施加在同步电机的γ-δ
轴的γ轴上,上。γ-δ轴为任意选取的坐标轴,γ-δ轴与同步电机实际
的d轴和q轴(d轴和q轴按转子磁极选取)之间有一个磁极偏差角θre。假设注
入的高频正弦电压的角频率为ωi,幅值为Vi,采用γ-δ坐标系,则注入
的高频电压信号可表示为:

usγω=Vicos(ωit)

usδω=0              公式(1)

通常选用的高频电压信号注入的频率一般为0.1~2KHz,即大于同步电机
的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率。在高频电压信号激励下,同步电
机的定子压降可以忽略,此时同步电机不会旋转,无反电势,其反馈的高频
电流可表示为:

i = V i sin ( ω 1 t ) ω i ( L 2 - Δ L 2 ) ( L + Δ L cos ( 2 θ re ) ) ]]>

公式(2)

i = V i sin ( ω 1 t ) ω i ( L 2 - Δ L 2 ) ( Δ L sin ( 2 θ re ) ) ]]>

公式(2)中,L=(Ld+Lq)/2,ΔL=(Lq-Ld)/2,θre为γ轴与转子磁
极轴d轴的空间电角度。

当转子位置的误差角θre为零时,则在超前γ轴、δ轴45度的λ轴、κ轴
上的高频电流isλ、isκ应该相等,请参考附图1所示的坐标系,因此可以对λ
轴、κ轴上的高频电流isκ,isλ的误差进行PI调节,再经过积分模块进行积分
运算可得到转子的实际磁极位置,即

θ r = PI ( i - i ) * 1 s ]]>公式(3)

根据公式(3)得到的θr的输出,逐渐调节γ-δ轴的空间角度,直到θre=0,
则γ-δ轴即为电机的d-q轴(或-d,-q轴),分别在d轴(或-d轴)和q轴(或
-q轴)上注入高频正弦电压(通常选用的高频电压信号注入的频率一般为
0.1~2KHz,即大于同步电机的额定频率,小于逆变器的PWM载波频率),则
根据公式(2),可以分别得到d轴和q轴电感:

L d = V id ω i I sd ]]>公式(4)

L q = V iq ω i I sq ]]>

公式(4)中,Vid,Viq分别为d轴注入的高频电压幅值和q轴注入的高频
电压幅值,Isd,Isq分别为d轴反馈的高频电流幅值和q轴反馈的高频电流幅
值。

为了保证在q轴注入高频电压时,转子不转动,可以在q轴注入高频电
压的同时,在d轴上注入一直流电流(本实施例中,注入的直流电流大小为
电机额定电流的20%-100%,通常选取的为电机额定电流的30%),用来锁定
转子磁极位置,从而保证辨识q轴电感的准确度。

对于无凸极性的同步电机,由于在d轴注入高频电压时,会产生高频电
流,使d轴饱和,从而使电机产生凸极性,根据公式(3)依然可以得到电机
的磁极轴。

本发明实施高频电压注入法辨识同步电机d轴电感和q轴电感的方法,
其包括下述步骤:

1、根据公式 u sγω = V i cos ( ω i t ) u sδω = 0 , ]]>任意选取一个γ-δ坐标系,在γ轴注入高频
正弦电压信号,电压幅值Vid从0逐渐增大(通常的整个增大过程需要几百毫
秒至几秒钟太阳城集团,如果电压幅值增大速度过快,可能会引起过流,容易烧毁
电机,电压幅值的整个增大过程在不至于烧毁电机的情况下根据实际需要自
由设置),同时采样同步电机的反馈电流。

2、采用高阶带通滤波器采样得到反馈高频电流的γ轴和δ轴分量isγ和isδ,
本实施例中,选用的高阶带通滤波器的通带中心频率选取为ωi,同时构造一
个变量isγ1,变量isγ1与isγ正交,可以得到isγ的幅值

3、将采样的高频电流isγ和isδ进行坐标λ-κ变换(本实施例中,λ-κ坐标
轴超前γ-δ坐标轴45度)得到isκ和isλ,根据公式(3),即
得到磁极位置角θr。

4、根据步骤3中得到的磁极位置角θr,逐渐调整γ-δ坐标使之逐渐逼近
同步电机的磁极坐标d-q轴。

5、重复步骤1~4,当反馈电流的γ轴幅值Isγ达到设定值(本实施例中的
反馈电流的γ轴幅值Isγ的设定值可选取为电机额定电流的20%-100%,通常可
选取1/4的电机额定电流),或者注入的高频电压幅值Vid达到设定值,(本实
施例中的注入的高频电压幅值Vid的设定值可选取为电机额定电压的
20%-100%,如可选取1/2的额定电压),则注入的高频电压幅值Vid保持不变,
此时再重复第2~4步,直到磁极位置角θr达到稳定,此时γ-δ坐标轴即为
磁极坐标轴d-q轴。由于此时q轴电流幅值很小,近似等于0,所以Isd=Isγ,
则可以直接根据公式(4),即 L d = V id ω i I sd L q = V iq ω i I sq , ]]>计算得到d轴电感Ld。

6、此时已经得到磁极坐标轴d-q轴,向q轴注入正弦高频电压,为了保
证在q轴注入高频电压时,转子不转动,在注入高频电压的同时,向d轴注
入一个直流电流id,id可为电机额定电流的20%-100%,如可选取为30%的额
定电流,向d轴注入一个直流电流与同步电机反馈的d轴电流中的直流分量
进行PI调节,本实施例中,以同步电机反馈的d轴电流的直流分量id^为例,
对其进行PI调节,通过PI调节得到的d轴直流电压与q轴上注入的正弦高频
电压usq=Viq cos(ωit)叠加。逐渐增加电压幅值Viq,(本实施例中的注入的
高频电压幅值Viq的设定值可选取为电机额定电压的20%-100%,通常可根据选
取的注入频率选取合适的电压,如1/2的额定电压)。

7、采用带通滤波器得到反馈高频电流的d轴分量isd和q轴分量isq,同时
构造一个变量isq1,变量isq1与isq正交(即将isq滞后90°),可以得到反馈高频电
流的q轴分量isq的幅值

8、采用低通滤波器得到同步电机的反馈电流的直流分量id^,iq^,用于电
流环PI调节器。

9、重复步骤6~8,直到反馈高频电流的幅值Isq达到设定值,本实施例中
的反馈高频电流的幅值Isq的设定值可选取为电机额定电流的20%-100%,如可
取为1/4的电机额定电流),或注入的高频电压幅值Viq达到设定值(本实施例
中的注入的高频电压幅值Viq的设定值可选取为电机额定电压的20%-100%,如
可选取1/2的额定电压),由于此时d轴高频电流幅值很小,近似等于0,根
据公式(4)可以计算得到q轴电感Lq。

10、参数辨识过程结束。

上述实施例为高频电压注入法辨识同步电机d轴电感和q轴电感的方法,
其是将高频电压注入同步电机中,获取同步电机的反馈高频电流中磁极位置
角θr,并根据得到的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐逼近电机的磁
极坐标d-q轴,计算得到d轴电感Ld,向q轴注入高频电压,获取反馈电流的
直流分量,根据反馈电流的直流分量计算得到q轴电感Lq;本发明还有另一
种实现方式,即高频电流注入法辨识同步电机d轴电感和q轴电感的方法,
将高频电流分别注入到d、q轴可以得到d、q轴电感Ld、Lq,其过程与高频
电压注入法相同,此处不再赘述。需要说明的是:高频电流注入方法是采用
将指令的d/q轴高频电流与反馈的d/q轴高频电流进行PI调节,将PI调节器
得到的高频电压通过逆变器的PWM模块输入到电机,获得的高频电压通常采
用指令的高频电压。

请参看附图2和附图3,本发明中,同时提供一种实现上述的同步电机电
感参数辨识方法的系统,系统主要包括初始磁极定位模块、d轴高频电压/电
流注入模块、逆变器SVPWM模块、d轴带通滤波模块和d轴电感计算模块。

本实施例中,初始磁极定位模块主要用于确定电机的转子磁极轴位置,
从而得到电机d轴(磁极轴)和q轴。本实施例中,d轴高频电压/电流注入
模块还用于在所述初始磁极定位模块确定电机转子磁极轴位置时,向同步电
机的任选坐标系γ-δ的γ轴上注入一组幅值从0逐渐增大的高频正弦电压或
电流信号,在图2中d轴高频电压注入模块以初始高频电压注入模块表示,
初始磁极定位模块以磁极位置辨识模块表示,当其向同步电机注入高频电压
时,根据公式(1),即 u sγω = V i cos ( ω i t ) u sδω = 0 , ]]>在同步电机的任选静止坐标系γ-δ的
γ轴上注入高频电压,注入的频率为ωi,幅值为Vi,向同步电机注入高频电流
时,与注入高频电压相似,此处不再赘述。

逆变器SVPWM模块,d轴高频电压/电流注入模块通过逆变器的SVPWM
模块将注入的高频电压或电流输入到同步电机d轴。

d轴高频电压/电流注入模块,根据所述初始磁极定位模块确定的磁极轴
位置,将一定幅值的高频电压或电流注入电机的d轴。

d轴带通滤波模块,用于提取d轴的反馈高频电流或电压中与注入与电压
或电流同频率的高频电流或电压的d轴分量。

d轴电感计算模块,用于根据所述d轴分量,计算高频反馈电流或电压d
轴分量的幅值,并根据d轴分量的幅值计算得到d轴电感。

除上述主要模块之外,本发明的系统中还包括有λ-κ坐标变换模块,用
于将得到的γ-δ轴的反馈高频电流或电压变换到阻抗观测轴λ-κ,本实施例
中,λ-κ坐标轴超前γ-δ坐标轴45度;初始磁极定位模块通过所述λ-κ坐标
变换模块与所述d轴带通滤波模块相连,其根据λ-κ坐标变换模块的变换结
果得到磁极位置角θr,根据得到的磁极位置角θr调整γ-δ坐标,使之逐渐
逼近电机的磁极坐标d-q轴,直至θr达到稳定,此时γ-δ坐标即为d-q坐标
轴。

本发明中,还包括q轴电感Lq计算部分,本实施例中,q轴电感Lq计算部
分主要包括q轴高频电压/电流注入模块、逆变器SVPWM模块、q轴带通滤
波模块和q轴电感计算模块,其中:

q轴高频电压/电流注入模块,将一定幅值的高频电压或电流注入电机的q
轴;

逆变器SVPWM模块,所述q轴高频电压/电流注入模块注入的高频电
压或电流叠加上PI调节器模块输出的电压后,通过逆变器的SVPWM模块将
叠加后的高频电压输入到同步电机q轴;

q轴带通滤波模块,用于提取q轴的反馈高频电流或电压中与注入与电压
或电流同频率的高频电流或电压的q轴分量;

q轴电感计算模块,用于根据所述q轴分量,计算高频反馈电流或电压q
轴分量的幅值,并根据q轴分量的幅值计算得到q轴电感。

本实施例中,还包括直流PI调节器模块(在图3中以电流环PI调节器示
出),其用于将磁极轴锁定,保证向注入q轴高频电压或电流时磁极轴不转
动,令注入d轴的直流电流为一设定值,d轴注入的直流电流与反馈的d轴反
馈电流的直流分量进行PI调节,得到d轴直流电压,将d轴直流电压与q轴
高频电压/电流注入模块注入的高频电压进行叠加,本实施例中,PI调节器模
块通过低通滤波器模块获取反馈电流的直流分量。

通过本发明可以在不增加硬件成本的基础上即可在通用变频器上实现比
较准确的辨识同步电机的d轴电感和q轴电感。本发明易于实现,对电机反
馈电流采样精度要求不高,注入电机的高频电压信号的频率和幅值也容易控
制,可直接辨识得到电机的d轴电感和q轴电感,电机轴无论是处于自由态,
还是处于抱紧状态,都不影响辨识的精度。通过本发明可实现对表贴式同步
电机、内嵌式同步电机和电励磁同步电机的d轴电感和q轴电感比较准确的
辨识,通过辨识得到的参数可用于对同步电机的矢量控制算法中。

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一种 同步电机 电感 参数 辨识 方法 及其 实现 系统
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