电机参数辨识方法及装置与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种电机参数辨识方法及装置。


背景技术：

2.永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine，pmsm)具有高功率密度、宽调速范围、高效率、体积小、响应快和运行可靠等优点，在家用电器、数控机床、工业机器人、电动汽车以及航空设备等交流驱动场合得到广泛的应用。
3.电机控制系统的设计需要精确获取定子绕组电阻，定子绕组交、直轴电感，永磁体磁链等关键参数。
4.在pmsm高性能控制系统中，参数精度是影响整个系统控制精度的重要因素，尤其是定子绕组电阻，交直轴电感，永磁体磁链，转动惯量等关键参数。由于pmsm控制驱动系统是一个非线性、多变量的时变系统，在实际工况运行中，定子绕组电阻、交直轴电感和永磁体磁链参数受环境温度、磁饱和、负载扰动的影响会发生变动，转动惯量随机械载荷的尺寸和形状而变化，这些参数的任何变化都会影响系统的运行状态。为了实现永磁同步电机的高性能控制，须在电机运行过程中对电机参数进行在线辨识。
5.常用的永磁同步电机主要为表贴式永磁同步电机和内置式永磁同步电机。内置式永磁同步电机的交轴电感参数大于直轴电感参数，使得永磁同步电机呈现比较明显的凸极效应，从而提高其功率输出范围和速度调节范围，但是直轴和交轴的耦合比较复杂导致电感参数很难辨识。
6.现有技术中基于模型的电机参数辨识的算法有模型参考自适应算法(modelreference adaptive system，mras)，该mras法由于简便易行、抗外界干扰能力比较强，特别是在电机稳定运行的高速阶段具有较好的稳态精度和动态性能。mras算法用于pmsm转速和位置估计时，只有当参考模型和可调模型的输出之差收敛到0时，估计得到的转速和转子位置才能收敛到对应的实际值。mras内部的自适应机构(pi调节器)的自适应率的设定也是mras算法中重要的一环，内置式永磁同步电机的直轴电感参数ld和交轴电感参数lq差异较大，直轴和交轴的耦合效应的存在会使自适应率推导过程中直轴电感参数ld和交轴电感参数lq无法剥离，无法确定其自适应率，从而增加电感参数的辨识难度。


技术实现要素：

7.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电机参数辨识方法及装置，对电感辨识过程中的直轴电感参数和交轴电感参数进行解耦处理，在辨识交直轴电感时，引入电机凸极比，使得自适应率的设计过程中，交轴电感估计值的计算不会涉及直轴电感的估计值，极大程度地降低了自适应率的设计难度，避免了直轴电感估计值和交轴电感估计值在计算过程中的直接耦合，实现了对电机电感参数的在线辨识。
8.根据本发明的第一方面，提供一种电机参数辨识方法，包括：根据电机的参考模型控制电机运行在转速闭环和电流闭环模式下，并获取电机的直轴电压、交轴电压、直轴电
流、交轴电流和电机转速；根据电机的可调模型、电机的直轴电压、交轴电压获取电机的直轴估计电流和交轴估计电流；根据所述直轴电流和所述直轴估计电流获取直轴误差电流，以及根据所述交轴电流和所述交轴估计电流获取交轴误差电流；通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛，以获取满足第一预设条件和第二预设条件的直轴电感参数和交轴电感参数；其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。
9.优选地，所述凸极比为交轴电感与直轴电感之比。
10.优选地，所述第一预设条件为直轴误差电流小于直轴电流的30％，以及交轴误差电流小于交轴电流的30％；第二预设条件为直轴误差电流不大于直轴电流的10％，以及交轴误差电流不大于交轴电流的10％。
11.优选地，通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛包括：判断所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第一预设条件；若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第一预设条件，则将当前时刻的直轴电流和交轴电流作为直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
12.优选地，通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛还包括：若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件，根据当前时刻的直轴电压、交轴电压、直轴估计电流、交轴估计电流、直轴误差电流、交轴误差电流、电机的凸极比以及自适应率模型获取当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感。
13.优选地，通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛还包括：判断若所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第二预设条件；若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第二预设条件，将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
14.优选地，通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛还包括：若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感和交轴电感。
15.优选地，所述第一预设条件为|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|；所述第二预设条件为|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|，其中，ed(k)为当前时刻的直轴误差电流，id(k)为当前时刻的直轴电流；eq(k)为当前时刻的交轴误差电流，iq(k)为当前时刻的交轴电流。
16.优选地，所述参考模型的函数为：
[0017][0018]
其中，id为直轴电流，iq为交轴电流，ud为直轴电压，uq为交轴电压，w为转速，r为定子电阻，ld为直轴电感，lq为交轴电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0019]
优选地，所述可调模型的函数离散化公式为：
[0020][0021][0021]
其中，k为正整数，为当前时刻的直轴估计电流；为当前时刻的交轴估计电流；为上一时刻的直轴估计电流；为上一时刻的交轴估计电流；ud(k-1)为上一时刻的直轴电压，ud(k-1)为上一时刻的交轴电压，w(k-1)为上一时刻的转速，为上一时刻的直轴估计电感，为上一时刻的交轴估计电感，ρ为电机的凸极比。
[0022]
优选地，所述直轴估计电感和交轴估计电感的初始值为任意正整数。
[0023]
优选地，所述自适应率模型的函数为：
[0024][0025][0026]
其中，kp、ki分别为自适应率模型中的调节器比例和积分因数，ts为采样时间，z为离散化z变换中的复变量，为当前时刻的直轴估计电流，为当前时刻的交轴估计电流，ed(k)为当前时刻的直轴电流误差，eq(k)为当前时刻的交轴电流误差，ud(k)为当前时刻的直轴电压，uq(k)为当前时刻的交轴电压，w(k)为当前时刻的转速，r为定子电阻，为当前时刻的直轴估计电感，为当前时刻的交轴估计电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链，ρ为电机的凸极比。
[0027]
根据本发明的另一方面，提供一种电机参数辨识装置，包括：矢量控制模块，用于根据电机的参考模型构建，控制电机运行在转速闭环和电流闭环控制模式下，并获取电机的直轴电压、交轴电压、直轴电流、交轴电流和电机转速；电感辨识模块，用于根据电机的可调模型和自适应率模型构建，根据电机的直轴电压、交轴电压获取电机的直轴估计电流和交轴估计电流；根据参考模型的直轴电流和可调模型的直轴估计电流获取直轴误差电流，以及根据参考模型的交轴电流和可调模型的交轴估计电流获取交轴误差电流；以及通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴
误差电流以及交轴误差电流收敛，以获取满足第一预设条件和第二预设条件的直轴电感参数和交轴电感参数；其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。
[0028]
优选地，所述凸极比为交轴电感与直轴电感之比。
[0029]
优选地，所述第一预设条件为直轴误差电流小于直轴电流的30％，以及交轴误差电流小于交轴电流的30％；第二预设条件为直轴误差电流不大于直轴电流的10％，以及交轴误差电流不大于交轴电流的10％。
[0030]
优选地，所述电感辨识模块包括：可调模型单元，用于根据电机的直轴电压、交轴电压获取电机的直轴估计电流和交轴估计电流；自适应率模型单元，用于根据参考模型的交轴电流和可调模型的交轴估计电流获取交轴误差电流；以及通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛，以获取满足第一预设条件和第二预设条件的直轴电感参数和交轴电感参数，其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。
[0031]
优选地，所述电感辨识模块还包括：第一判断单元，用于判断所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第一预设条件；可调模型单元还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第一预设条件，则将当前时刻的直轴电流和交轴电流作为直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
[0032]
优选地，所述自适应率模型单元还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件，根据当前时刻的直轴电压、交轴电压、直轴估计电流、交轴估计电流、直轴误差电流、交轴误差电流、电机的凸极比以及自适应率模型获取当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感。
[0033]
优选地，所述电感辨识模块还包括：第二判断单元，用于判断若所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第二预设条件；所述自适应率模型单元还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第二预设条件，将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
[0034]
优选地，所述自适应率模型单元还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感和交轴电感。
[0035]
优选地，所述第一预设条件为|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|；所述第二预设条件为|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|，其中，ed(k)为当前时刻的直轴误差电流，id(k)为当前时刻的直轴电流；eq(k)为当前时刻的交轴误差电流，iq(k)为当前时刻的交轴电流。
[0036]
优选地，所述参考模型的函数为：
[0037][0038]
其中，id为直轴电流，iq为交轴电流，ud为直轴电压，uq为交轴电压，w为转速，r为
定子电阻，ld为直轴电感，lq为交轴电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0039]
优选地，所述可调模型的函数离散化公式为：
[0040][0041][0041]
其中，k为正整数，为当前时刻的直轴估计电流；为当前时刻的交轴估计电流；为上一时刻的直轴估计电流；为上一时刻的交轴估计电流；ud(k-1)为上一时刻的直轴电压，ud(k-1)为上一时刻的交轴电压，w(k-1)为上一时刻的转速，为上一时刻的直轴估计电感，为上一时刻的交轴估计电感，ρ为电机的凸极比。
[0042]
优选地，所述直轴估计电感和交轴估计电感的初始值为任意正整数。
[0043]
优选地，所述自适应率模型的函数为：
[0044][0045][0046]
其中，kp、ki分别为自适应率模型中的调节器比例和积分因数，ts为采样时间，z为离散化z变换中的复变量，为当前时刻的直轴估计电流，为当前时刻的交轴估计电流，ed(k)为当前时刻的直轴电流误差，eq(k)为当前时刻的交轴电流误差，ud(k)为当前时刻的直轴电压，uq(k)为当前时刻的交轴电压，w(k)为当前时刻的转速，r为定子电阻，为当前时刻的直轴估计电感，为当前时刻的交轴估计电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链，ρ为电机的凸极比。
[0047]
优选地，所述矢量控制模块包括：第一调节器，用于根据转速参考值和电机反馈的转速产生交轴电流参考值；第二调节器，用于根据交轴电流参考值和交轴电流产生交轴电压参考值；第三调节器，用于根据直轴电流参考值和直轴电流产生直轴电压参考值；第一坐标变换单元，用于将直轴电电压参考值和交轴电压参考值进行坐标变换得到两相静止坐标下的两相控制电压；空间矢量脉宽调制单元，用于根据两相控制电压产生脉宽调制信号；其中，所述脉宽调制信号用于控制电机的逆变器从而控制电机的三相电压；第二坐标变换单元，用于获取电机的三相电压以及三相电流并进行坐标变换得到直轴电压、交轴电压、直轴电流以及交轴电流；观测器，用于获取电机的转子位置；微分单元，用于根据电机的转子位置获取电机的转速。
[0048]
本发明提供的电机参数辨识方法及装置，通过对电感参数辨识过程中的可调模型及自适应率模型引入电机凸极比，将直轴电感参数和交轴电感参数进行了解耦处理，使得
交轴电感估计值的计算不会涉及直轴电感的估计值，因此，避免了直轴电感估计值和交轴电感估计值在计算过程中的直接耦合，简化了自适应率模型的设计，非常简便地完成了直轴电感参数ld和交轴电感参数lq的在线辨识。
[0049]
进一步地，在电感参数辨识模块中设计了第一预设条件对直轴电感电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行修正，设计了第二预设条件对电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行迭代计算直至满足收敛条件，避免了交直轴电感参数在解耦处理后迭代过程中的不收敛问题，提高了交直轴电感参数辨识的精度。
附图说明
[0050]
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0051]
图1示出了永磁同步电机的转子磁极的空间关系图；
[0052]
图2示出现有技术中模型自适应控制系统mras原理结构图；
[0053]
图3示出本发明实施例提供的电机参数辨识方法的流程图；
[0054]
图4示出本发明实施例提供的电机参数辨识方法中步骤s130的流程图；
[0055]
图5示出本发明实施例提供的电机参数辨识装置的电路图；
[0056]
图6示出本发明实施例提供的模型自适应控制系统mras原理结构图。
具体实施方式
[0057]
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
[0058]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0059]
图1示出了永磁同步电机的转子磁极的空间关系图。n-s为永磁同步电机的永磁体，永磁体转子转动在空间产生交变的磁场，该磁场与三相绕组相交链，感应出反电动势，此时转子磁场就会受定子磁场的拉力作用而随着定子旋转磁场同步旋转。
[0060]
abc坐标系表示三相定子坐标系，三相交流电机的三相绕组轴线a、b、c空间上互相差2π/3rad的电角度，空间矢量在这三个坐标轴上的投影即表示为该空间矢量在这三个绕组上的分量；d-q坐标系的横轴d轴与永磁体转子的n磁极在同一位置上，d-q坐标系的纵轴q轴逆时针超前横轴d轴90度电角度，在空间上，该坐标系与永磁体转子保持同步旋转，d-q坐标系也称为旋转坐标系。
[0061]
当永磁体转子与定子旋转磁场保持同步旋转时，定义旋转坐标系的横轴d轴(即转子n极)与三相定子坐标系abc的a轴夹角为转子的位置角θ。
[0062]
在旋转坐标系下，永磁同步电机的电压方程为：
[0063][0064]
式中，r为永磁同步电机的定子电阻，id为直轴电流，iq为交轴电流，ld为直轴电感参数，lq为交轴电感参数，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链；ω为电机转速。
[0065]
由上述方程可知电机电阻r和磁链不受交轴和直轴耦合效应的影响，所以电机电
阻r和磁链的辨识相对于电感辨识更简单。而交轴电感参数和直轴电感参数在电机模型中耦合程度较高，尤其是在重载条件下，交、直轴交叉耦合反电势较大，ld和lq的求解无法直接解耦，使得电感参数辨识难度大大增加。
[0066]
图2示出现有技术中模型自适应控制系统mras原理结构图。如图2所示，模型参考自适应(mras)算法需要有两个模型，即包含有待估计参数(待识别参数例如为交轴电感参数和直轴电感参数)的可调模型和实际的参考模型，将相同的输入应用于两个模型，并对两个模型的输出进行比较，获取可调模型与参考模型之间的输出误差，通过两者输出的误差设计相应的自适应率达到参数辨识的目的。准确的可调模型和恰当的参数可以确保系统参数快速收敛到实际值。mras的主要思想：构建两个具有相同物理意义的输出量的模型，其中以不含有位置参数的电机方程作为参考模型，而将待估计参数的方程作为可调模型。利用两个模型输出量的差值构建适当的自适应率来实时调节可调模型的参数，使得可调模型的输出跟踪参考模型的输出，其结构框图2所示，图2中u为输入信号，其中，输入为直轴电压ud、交轴电压uq以及电机转速w，x为参考模型的输出信号，其中，参考模型输出为直轴电流id和交轴电流iq，为可调模型的输出信号，本发明中可调模型的输出为直轴估计电流和交轴估计电流e为输出值的差值。
[0067]
图3示出本发明实施例提供的电机参数辨识方法的流程图。如图3所示，所述电机参数辨识方法包括以下步骤。
[0068]
在步骤s100中，基于mras法构建电机的参考模型，根据电机的参考模型控制电机运行在转速闭环和电流闭环控制模式下，获取当前时刻的直轴电压ud(k)、交轴电压uq(k)、直轴电流id(k)、交轴电流i
q(
k)以及电机转速w(k)。
[0069]
具体地，控制电机运行在转速闭环和电流闭环控制模式下，对电机当前时刻(k时刻)的三相电压ua、ub和uc进行采样以及坐标变换得到电机的当前时刻(k时刻)的直轴电压ud(k)和交轴电压uq(k)。对电机当前时刻(k时刻)的三相电流ia、ib和ic进行采样以及坐标变换得到电机当前时刻(k时刻)的直轴电流id(k)和交轴电流iq(k)。通过观测电机当前时刻(k时刻)的转子位置θ(k)得到电机当前时刻(k时刻)的转速ω(k)，即
[0070]
在电机刚启动时，电机的矢量控制模块根据转速参考值w*以及直轴电流参考值id*产生直轴电压参考值ud和交轴电压参考值uq*以驱动电机运行；电机运行后进入转速闭环和电流闭环控制模式，根据转速参考值w*、转速w、直轴电流参考值id*、直轴电流id、交轴电流iq产生直轴电压参考值ud*和交轴电压参考值uq*以控制电机的运行从而实现转速闭环和电流闭环。
[0071]
在本实施例中，直轴电流参考值id*为预设值，通常取0.5a。
[0072]
参考模型的函数如下：
[0073][0074]
其中，id为直轴电流，iq为交轴电流，ud为直轴电压，uq为交轴电压，w为转速，ld为直轴电感，lq为交轴电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0075]
在转速闭环下和电流闭环控制模式下，向电机的控制电路提供转速参考值w*以及直轴电流参考值id*以得到当前时刻(k时刻)的直轴电压参考值ud*(k)、交轴电压参考值uq*(k)，将当前时刻(k时刻)的直轴电压参考值ud*(k)、交轴电压参考值uq(k)提供至所述电机以驱动电机运行。
[0076]
根据参考模型构建基本矢量控制模块，基本矢量控制模块包括速度闭环控制单元、电流闭环控制单元、坐标变换单元以及空间矢量脉宽调制单元。其中，速度闭环控制单元包括第一调节器，根据转速参考值w*和转速w产生交轴电流参考值iq*。电流闭环控制单元包括第二调节器和第三调节器，其中，第二调节器根据交轴电流参考值iq*和交轴电流iq产生交轴电压参考值uq*，第三调节器根据直轴电流参考值id*和直轴电流id产生直轴电压参考值ud*。第一坐标变换单元将直轴电压参考值ud*和交轴电压参考值uq*进行坐标变换(park反变换)得到两相静止坐标下的两相控制电压u
α
和u
β
，空间矢量脉宽调制单元根据两相控制电压产生脉宽调制信号pwm。电机的逆变器根据脉宽调制信号pwm向电机提供三相电压ua、ub和uc以控制电机运行。第二坐标变换单元对电机的三相电压进行采样并进行坐标变换(clark变换及park变换)得到直轴电压ud和交轴电压uq；以及对电机的三相电流进行采样并进行坐标转换得到直轴电流id和交轴电流iq。观测器，用于获取电机的转子位置θ；微分单元，用于根据电机的转子位置θ获取电机的转速w。
[0077]
在步骤s110中，基于mras法构建电机的可调模型，根据电机当前时刻的交轴电压uq、直轴电压ud、电机转速w以及上一时刻的直轴估计电感和交轴估计电感获取当前时刻的直轴估计电流和交轴估计电流
[0078]
在本实施例中，可调模型的函数为：
[0079][0080]
其中，为直轴估计电流、为交轴估计电流；为直轴估计电感，为交轴估计电感，ω为电机转速，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0081]
根据上述可调模型的函数，可以得到直轴估计电流和交轴估计电流的迭代公式：
[0082][0083]
其中，k为正整数。
[0084]
可调模型采用凸极比后的函数离散化公式为：
[0085][0086][0086]
其中，k为正整数。
[0087]
在本实施例中，为当前时刻的直轴估计电流；为当前时刻的交轴估计电流；为上一时刻的直轴估计电流；为上一时刻的交轴估计电流；ud(k-1)为上一时刻的直轴电压，ud(k-1)为上一时刻的交轴电压，w(k-1)为上一时刻的转速，为上一时刻的直轴估计电感，为上一时刻的交轴估计电感。第一次迭代时，的初始值为0，初始值为任意非0正数，例如的初始值为1。
[0088]
在一个优选地实施例中，由于永磁同步电机运行在转速闭环、电流闭环的状态，交轴电压参考值uq*与交轴电压uq的值相等，直轴电压参考值ud*与直轴电压ud相等，为了节省采样三相电压的硬件成本，可以采用当前时刻的交轴电压参考值uq*与直轴电压参考值ud*替代当前时刻的交轴电压uq与直轴电压ud进行迭代计算。
[0089]
在步骤s120中，根据直轴电流id、交轴电流iq、直轴估计电流和交轴估计电流获取直轴误差电流ed和交轴误差电流eq。
[0090]
在本实施例中，直轴误差电流交轴误差电流
[0091]
在步骤s130中，通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得可调模型的直轴估计电流与参考模型的直轴电流id之间的直轴误差电流ed以及交轴估计电流与交轴电流iq之间的交轴误差电流eq收敛，其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。所述凸极比ρ为交轴电感lq与直轴电感ld之比。凸极比可以根据电机规格书直接得到或通过电桥测量得到。
[0092]
在本实施例中，自适应率模型的函数如下：
[0093][0094][0095]
其中，kp、ki分别为自适应率模型中的调节器比例和积分因数，ts为采样时间，z为离散化z变换中的复变量，为当前时刻的直轴估计电流，为当前时刻的交轴估计电流，ed(k)为当前时刻的直轴电流误差，eq(k)为当前时刻的交轴电流误差，ud(k)为当前时刻的直轴电压，uq(k)为当前时刻的交轴电压，w(k)为当前时刻的转速，r为定子电阻，为当前时刻的直轴估计电感，为当前时刻的交轴估计电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0096]
具体地，参见图4，步骤s130包括步骤s131～步骤s136。
[0097]
在步骤s131中，判断所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第一预设条件。
[0098]
在本实施例中，第一预设条件例如为所述第一预设条件为直轴误差电流小于直轴电流的30％，以及交轴误差电流小于交轴电流的30％；即|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|。
[0099]
在步骤s132中，若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第一预设条件，则将当前时刻的直轴电流和交轴电流作为直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
[0100]
在本实施例中，若|ed(k)≥id(k)*30％|，以及|eq(k)≥iq(k)*30％|，则将当前时刻的直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
[0101]
在步骤s133中，若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件，根据当前时刻的直轴电压、交轴电压、直轴估计电流、交轴估计电流、直轴误差电流、交轴误差电流、电机的凸极比以及自适应率模型获取当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感
[0102]
在步骤s134中，判断若所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第二预设条件。
[0103]
在本实施例中，若|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|，则判断当前时刻的直轴误差电流ed(k)和交轴误差电流eq(k)是否满足第二预设条件。第二预设条件例如为|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|。
[0104]
在步骤s135中，若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第二预设条件，将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
[0105]
在本实施例中，若|id(k)*10％＜ed(k)＜id(k)*30％|，以及|iq(k)*10％＜eq(k)＜iq(k)*30％|，当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
[0106]
在步骤s136中，若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感和交轴电感。
[0107]
在本实施例中，若|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感ld和交轴电感lq。
[0108]
本发明提供的电机参数辨识方法，通过对电感参数辨识过程中的可调模型及自适应率模型引入电机凸极比，将直轴电感参数和交轴电感参数进行了解耦处理，使得交轴电
感估计值的计算不会涉及直轴电感的估计值，因此，避免了直轴电感估计值和交轴电感估计值在计算过程中的直接耦合，简化了自适应率模型的设计，非常简便地完成了直轴电感参数ld和交轴电感参数lq的在线辨识。
[0109]
进一步地，在电感参数辨识模块中设计了第一预设条件对直轴电感电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行修正，设计了第二预设条件对电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行迭代计算直至满足收敛条件，避免了交直轴电感参数在解耦处理后迭代过程中的不收敛问题，提高了交直轴电感参数辨识的精度。
[0110]
图5示出本发明实施例提供的电机参数辨识装置的电路图；图6示出本发明实施例提供的模型自适应控制系统mras原理结构图。如图5所示，所述电机参数辨识装置100包括矢量控制模块110和电感辨识模块120。
[0111]
其中，矢量控制模块110用于根据电机的参考模型构建，控制电机运行在转速闭环和电流闭环控制模式下，并获取电机的直轴电压、交轴电压、直轴电流、交轴电流和电机转速。
[0112]
参考模型的函数如下：
[0113][0114]
其中，id为直轴电流，iq为交轴电流，ud为直轴电压，uq为交轴电压，w为转速，ld为直轴电感，lq为交轴电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0115]
在转速闭环下和电流闭环控制模式下，向电机的控制电路提供转速参考值w*以及直轴电流参考值id*以得到当前时刻(k时刻)的直轴电压参考值ud*(k)、交轴电压参考值uq*(k)，将当前时刻(k时刻)的直轴电压参考值ud*(k)、交轴电压参考值uq(k)提供至所述电机以驱动电机运行。直轴电流参考值id*为预设值，通常取0.5a。
[0116]
在本实施例中，所述矢量控制模块110包括第一调节器111、第二调节器112、第三调节器113、第一坐标变换单元114、空间矢量脉宽调制单元115、第二坐标变换单元116、观测器117和微分单元118。
[0117]
第一调节器111用于根据转速参考值w*和转速w产生交轴电流参考值iq*；第二调节器112用于根据根据交轴电流参考值iq*和交轴电流iq产生交轴电压参考值uq*；第三调节器113用于根据直轴电流参考值id*和直轴电流id产生直轴电压参考值ud*；第一坐标变换单元114用于将直轴电压参考值ud*和交轴电压参考值uq*进行坐标变换(park反变换)得到两相静止坐标下的两相控制电压u
α
和u
β
；空间矢量脉宽调制单元115用于根据两相控制电压产生脉宽调制信号pwm；其中，所述脉宽调制信号pwm用于控制电机的逆变器从而控制电机的三相电压ua、ub和uc；第二坐标变换单元116用于获取电机的三相电压以及三相电流并进行坐标变换得到直轴电压ud、交轴电压uq、直轴电流id和交轴电流iq；观测器117用于获取电机的转子位置θ；微分单元118用于根据电机的转子位置θ获取电机的转速w。
[0118]
电感辨识模块120用于根据电机的可调模型和自适应率模型构建，根据电机的直轴电压、交轴电压获取电机的直轴估计电流和交轴估计电流；根据参考模型的直轴电流和可调模型的直轴估计电流获取直轴误差电流，以及根据参考模型的交轴电流和可调模型的
交轴估计电流获取交轴误差电流；以及通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛，以获取满足第一预设条件和第二预设条件的直轴电感参数和交轴电感参数；其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。所述凸极比为交轴电感与直轴电感之比。
[0119]
在本实施例中，所述电感辨识模块包括可调模型单元121、自适应率模型单元122、第一判断单元123和第二判断单元124。
[0120]
其中，可调模型单元121用于根据电机的直轴电压、交轴电压获取电机的直轴估计电流和交轴估计电流。
[0121]
在本实施例中，可调模型单元121根据电机当前时刻的交轴电压uq、直轴电压ud、电机转速w以及上一时刻的直轴估计电感和交轴估计电感获取当前时刻的直轴估计电流和交轴估计电流
[0122]
其中，可调模型的函数为：
[0123][0124]
其中，为直轴估计电流、为交轴估计电流；为直轴估计电感，为交轴估计电感，ω为电机转速，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0125]
根据上述可调模型的函数，可以得到直轴估计电流和交轴估计电流的迭代公式：
[0126][0127]
其中，k为正整数。
[0128]
可调模型采用凸极比后的函数离散化公式为：
[0129][0130][0130]
其中，k为正整数。
[0131]
在本实施例中，为当前时刻的直轴估计电流；为当前时刻的交轴估计电流；为上一时刻的直轴估计电流；为上一时刻的交轴估计电流；ud(k-1)为上一时刻的直轴电压，ud(k-1)为上一时刻的交轴电压，w(k-1)为上一时刻的转速，为上一时刻的直轴估计电感，为上一时刻的交轴估计电感。第一次迭代时，的初始值为0，初始值为任意非0正数，例如的初始值为1。
[0132]
在一个优选地实施例中，由于永磁同步电机运行在转速闭环、电流闭环的状态，交轴电压参考值uq*与交轴电压uq的值相等，直轴电压参考值ud*与直轴电压ud相等，为了节省采样三相电压的硬件成本，可以采用当前时刻的交轴电压参考值uq*与直轴电压参考值ud*替代当前时刻的交轴电压uq与直轴电压ud进行迭代计算。
[0133]
自适应率模型单元122用于根据所述交轴电流和所述交轴估计电流获取交轴误差电流；以及通过自适应率模型的反馈作用对可调模型中的直轴估计电感和交轴估计电感进行调节，使得直轴误差电流以及交轴误差电流收敛，以获取满足第一预设条件和第二预设条件的直轴电感参数和交轴电感参数，其中，所述自适应率模型以及可调模型采用电机的凸极比。
[0134]
在本实施例中，直轴误差电流交轴误差电流
[0135]
在本实施例中，自适应率模型的函数如下：
[0136][0137][0138]
其中，kp、ki分别为自适应率模型中的调节器比例和积分因数，ts为采样时间，z为离散化z变换中的复变量，为当前时刻的直轴估计电流，为当前时刻的交轴估计电流，ed(k)为当前时刻的直轴电流误差，eq(k)为当前时刻的交轴电流误差，ud(k)为当前时刻的直轴电压，uq(k)为当前时刻的交轴电压，w(k)为当前时刻的转速，r为定子电阻，为当前时刻的直轴估计电感，为当前时刻的交轴估计电感，ψf为基波磁场在定子绕组中产生的磁链。
[0139]
第一判断单元123用于判断所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第一预设条件。
[0140]
在本实施例中，第一预设条件例如为所述第一预设条件为直轴误差电流小于直轴电流的30％，以及交轴误差电流小于交轴电流的30％；即|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|。
[0141]
可调模型单元121还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第一预设条件，则将当前时刻的直轴电流和交轴电流作为直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
[0142]
在本实施例中，若|ed(k)≥id(k)*30％|，以及|eq(k)≥iq(k)*30％|，则将当前时刻的直轴估计电流和交轴估计电流输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电
流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件。
[0143]
所述自适应率模型单元122还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第一预设条件，根据当前时刻的直轴电压、交轴电压、直轴估计电流、交轴估计电流、直轴误差电流、交轴误差电流、电机的凸极比以及自适应率模型获取当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感。
[0144]
第二判断单元124用于判断若所述直轴误差电流和交轴误差电流是否满足第二预设条件。
[0145]
在本实施例中，若|ed(k)＜id(k)*30％|，以及|eq(k)＜iq(k)*30％|，则判断当前时刻的直轴误差电流ed(k)和交轴误差电流eq(k)是否满足第二预设条件。第二预设条件例如为|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|。
[0146]
所述自适应率模型单元122还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流不满足第二预设条件，将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
[0147]
在本实施例中，若|id(k)*10％＜ed(k)＜id(k)*30％|，以及|iq(k)*10％＜eq(k)＜iq(k)*30％|，当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输入到可调模型中进行迭代计算下一时刻的直轴估计电流和交轴估计电流直至所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件。
[0148]
所述自适应率模型单元122还用于若所述直轴误差电流和交轴误差电流满足第二预设条件，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感和交轴电感。
[0149]
在本实施例中，若|ed(k)≤id(k)*10％|，以及|eq(k)≤iq(k)*10％|，则将当前时刻的直轴估计电感和交轴估计电感输出作为电机的直轴电感ld和交轴电感lq。
[0150]
本发明提供的电机参数辨识方法及装置，通过对电感参数辨识过程中的可调模型及自适应率模型引入电机凸极比，将直轴电感参数和交轴电感参数进行了解耦处理，使得交轴电感估计值的计算不会涉及直轴电感的估计值，因此，避免了直轴电感估计值和交轴电感估计值在计算过程中的直接耦合，简化了自适应率模型的设计，非常简便地完成了直轴电感参数ld和交轴电感参数lq的在线辨识。
[0151]
进一步地，在电感参数辨识模块中设计了第一预设条件对直轴电感电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行修正，设计了第二预设条件对电流的估计值及交轴电感电流的估计值进行迭代计算直至满足收敛条件，避免了交直轴电感参数在解耦处理后迭代过程中的不收敛问题，提高了交直轴电感参数辨识的精度。
[0152]
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利
要求书及其全部范围和等效物的限制。