一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，具体地说，设计一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法。


背景技术：

2.永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,pmsm)具有功率密度大，效率高，体积小等优点，因此被广泛应用于新能源汽车，机器人及轨道交通等领域。随着电力电子技术的快速发展以及pmsm的应用范围的扩大，人们对永磁同步电机的控制性能的要求也日益提高。pmsm的控制性能与其参数密切相关。而在pmsm的实际应用过程中，受到突加负载、温度及电机老化等外界因素的影响，电机参数会随之变化。为了实现更好的pmsm控制性能，在电机运行过程中实时辨识其参数变化就显得更加重要。而传统的辨识方法如模型参考自适应法、最小二乘法和人工智能算法等均只考虑稳态下的电流，而忽略电流变化对参数辨识结果的影响，并且采用的离散化方法误差大，因此导致动态工况下参数辨识精度低，响应慢。


技术实现要素：

3.技术问题：针对上述现有技术，提出一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法，在确保稳态工况下参数辨识精度的情况下，提高动态工况下参数辨识的精度和响应速度。
4.为实现上述技术目的，本发明提供一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：由电流传感器获取三相电流ia、ib、ic并由编码器获取电机电角度θe及电角速度ωe，并利用clark/park变换计算定子电流dq轴分量id、iq；步骤2：采集转速环和电流环输出的dq轴参考电压u
d1ref
，u
q1ref
；步骤3：计算dq轴参考电压矢量幅值，并根据幅值比较器结果，调整dq轴参考电压步骤4：采用中点法计算(k 1)时刻dq轴电流的预测值i
dh
(k 1)、i
qh
(k 1)；步骤5：构建计及电流变化率的永磁同步电机的最小二乘法参数辨识模型；步骤6：利用递推最小二乘法进行参数辨识。
5.作为本方案的一种优选地，所述步骤3中，由式(1)计算dq轴参考电压幅值，若dq轴参考电压矢量幅值与逆变器输出最大电压矢量幅值满足式(2)所示比较器关系，则按照式(3)计算dq轴参考电压若幅值不满足式(2)所示比较器关系，则按照式(4)计算dq轴参考电压
[0006][0007]
[0008][0009][0010]
式中，u
dq1ref
为dq轴参考电压矢量，u
dc
为直流母线电压。
[0011]
作为本方案进一步优选地，所述步骤4中，由式(5)所示的中点法构建离散方程，接着由式(5)将式(6)所示的永磁同步电机dq轴电流的状态方程离散化得到如式(7)所示的(k 1)时刻dq轴电流的预测值i
dh
(k 1)、i
qh
(k 1)。
[0012][0013]
式中，ts为采样时间。
[0014][0015]
式中，ud、uq分别为定子电压d、q轴电压分量；ls为定子电感；ωe为电角速度；r为定子电阻；ψf代表永磁体磁链。
[0016][0017]
式中，id(k)、iq(k)分别为当前采样时刻的d、q轴电流值；i
dh
(k 1)、i
qh
(k 1)分别为下一采样时刻的d、q轴电流预测值；ud(k)，uq(k)分别为当前时刻d、q轴电压。
[0018]
作为本方案更进一步优选地，所述步骤5中，由式(8)计算定子电压方程，按照最小二乘法将式(8)改写为式(9)，并将式(9)离散化得到如式(10)所示的计及电流变化率的永磁同步电机的最小二乘法参数辨识模型。
[0019][0020][0021]
式中，p为微分符号。
[0022][0023]
作为本方案再进一步优选地，所述步骤6中，由式(11)构建对应的最小二乘法算法模型。
[0024][0025]
式中，[a(k)b(k)c(k)]
t
为当前时刻rs、ls及ψf辨识结果的输入矩阵；[a(k-1)b(k-1)c(k-1)]
t
为上一时刻rs、ls及ψf辨识结果的输入矩阵；k(k)为增益，为系统输入矩阵，y(k)为输出矩阵。
[0026]
其中，
[0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033]
式中，μ为遗忘因子，i为三阶单位矩阵，0《μ《1,p(0)＝αi，104《α《10
10
。
[0034]
由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：本发明提出的一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法，该方法通过对参考电压的预调整，避免在变转速、变负载等工况下由相电流突变导致的辨识误差过大和辨识时间长的问题，同时由中点法进行离散化，相比于传统的离散方法，精度更高，误差更小，并且考虑电流变化率对参考辨识的影响，利用预测电流值计算电流变化率，减少采样误差对
计算结果的影响，此外，针对参考电压矢量幅值突增导致电流畸变从而导致所辨识参数突变的问题，对参考电压矢量幅值进行实时调整，大大提高了动态工况下永磁同步电机参数辨识的精度，从而改善了系统的动稳态性能。
附图说明
[0035]
图1为本发明一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法的控制框图；
[0036]
图2为本发明一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法的定子电阻的辨识结果图；
[0037]
图3为本发明一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法的定子电感的辨识结果图；
[0038]
图4为本发明一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法的永磁体磁链的辨识结果图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0040]
一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法，包括如下步骤：
[0041]
步骤1：由电流传感器获取三相电流ia、ib、ic并由编码器获取电机电角度θe及电角速度ωe，并利用clark/park变换计算定子电流dq轴分量id、iq；
[0042]
步骤2：采集转速环和电流环输出的dq轴参考电压u
d1ref
，u
q1ref
；
[0043]
步骤3：由式(1)计算dq轴参考电压幅值，若dq轴参考电压矢量幅值与逆变器输出最大电压矢量幅值满足式(2)所示比较器关系，则按照式(3)计算dq轴参考电压若幅值不满足式(2)所示比较器关系，则按照式(4)计算dq轴参考电压
[0044][0045][0046][0047][0048]
式中，u
dq1ref
为dq轴参考电压矢量，u
dc
为直流母线电压。
[0049]
步骤4：由式(5)所示的中点法构建离散方程，接着由式(5)将式(6)所示的永磁同步电机dq轴电流的状态方程离散化得到如式(7)所示的(k 1)时刻dq轴电流的预测值i
dh
(k
1)c(k-1)]
t
为上一时刻rs、ls及ψf辨识结果的输入矩阵；k(k)为增益，为系统输入矩阵，y(k)为输出矩阵。
[0064]
其中，
[0065][0066][0067][0068][0069][0070][0071]
式中，μ为遗忘因子，i为三阶单位矩阵，0《μ《1,p(0)＝αi，104《α《10
10
。
[0072]
在直流母线电压300v，负载转矩2n
·
m条件下，转速在0.5s时由590r/min突变到600r/min，实施基于改进型递推最小二乘法参数辨识的电机控制器，仿真结果如图2-4所示。图2为定子电阻的参数辨识仿真结果，给定的定子电阻为0.23ω，识别的结果为0.233ω，电阻辨识模型能够准确地对电阻参数进行识别。图3为定子电感的参数辨识仿真结果，给定子电感为8.35
×
10-4
h，识别的结果为8.45
×
10-4
h。图4为永磁体磁链参数辨识仿真结果，给定永磁体磁链为0.033wb，识别的结果为0.032wb。由图2-4所述的定子电阻、定子电感及永磁体磁链辨识结果可知，当转速发生突变时，所提出的辨识模型仍能准确地辨识永磁同步电机的参数，具有一定的辨识能力和精度。
[0073]
由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：本发明提出的一种基于改进型递推最小二乘法的电机参数辨识控制方法，该方法通过对参考电压的预调整，避免在变转速、变负载等工况下由相电流突变导致的辨识误差过大和辨识时间长的问题，同时由中点法进行离散化，相比于传统的离散方法，精度更高，误差更小，并且考虑电流变化率对参考辨识的影响，利用预测电流值计算电流变化率，减少采样误差对计算结果的影响，此外，针对参考电压矢量幅值突增导致电流畸变从而导致所辨识参数突变的问题，对参考电压矢量幅值进行实时调整，大大提高了动态工况下永磁同步电机参数辨识的精度，从而改善了系统的动稳态性能。
[0074]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。