一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法，所述辨識裝置設置在所述內嵌式永磁同步電機控制器上，所述內嵌式永磁同步電機包括永磁同步電機控制器，所述辨識裝置包括內嵌于所述內嵌式永磁同步電機控制器的參數接收電路、電機觀測電路、激勵輸出電路、自適應律計算電路和參數輸出電路，所述辨識裝置根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，用以辨識所述內嵌式永磁同步電機的電機參數，從而調制所述永磁同步電機控制器的運行參數。本發明尤其適用于作為新能源汽車的永磁同步電機控制器，實現電機參數的快速辨識，避免了電機參數變化給控制系統的控制精度帶來的不利影響。
【專利說明】一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及永磁同步電機領域，尤其涉及一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法。
【背景技術】
[0002]永磁同步電動機(PMSM)以其體積小、性能好、效率高、可靠性高等特點，在新能源汽車領域得到越來越廣泛的應用。由于汽車行駛的工況復雜，受負載變化、磁芯飽和、定轉子溫升及老化等多種因素的影響，電機的繞組電阻、電感和定子轉子磁鏈等參數將發生變化，這使得采用傳統控制方法組成的控制系統的控制性能不夠理想。為了實現根據電機參數的變化調整控制器參數，消除電機參數變化給控制系統的控制精度帶來的不利影響，人們開始研究多種電機參數的辨識方法。
[0003]現有技術中已有的電機參數辨識方法包括EKF法，RLS法等，但是這些算法普遍存在的問題是計算量大，控制器實時計算存在一定的困難。因此，需要一種新型的內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法，改造原有的永磁同步電機的控制結構，快速識別永磁同步電機參數，并積極調整內嵌式永磁同步電機的控制系統的控制參數，從而保證內嵌式永磁同步電機的控制系統的控制精度。
【發明內容】
[0004]本發明解決的問題是現有電動汽車永磁同步電機工況復雜，負載變化大，電機的繞組電阻、電感和定子轉子磁鏈等參數變化難于快速辨識，導致了永磁同步電機的控制系統的控制參數無法實時更新，控制系統的控制精度不高。當前需要一種新型的內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置及方法，及時辨識出電機參數以用于電機控制。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供了一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，所述辨識裝置設置在所述內嵌式永磁同步電機控制器上，所述內嵌式永磁同步電機包括永磁同步電機控制器，所述辨識裝置包括:參數接收電路，連接所述永磁同步電機控制器以接收所述永磁同步電機控制器輸出的第一組控制器參數；電機觀測電路，建立所述內嵌式永磁同步電機的觀測模型；激勵輸出電路，連接所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路，以將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路；輸出誤差計算電路，連接所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路，以接收所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出；自適應律計算電路，連接所述輸出誤差計算電路、所述參數接收電路和所述電機觀測電路，接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路的各個電機參數；參數輸出電路，連接所述自適應律計算電路以接收所述自適應律計算電路輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器；其中，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數；其中，所述永磁同步電機控制器根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機進行控制。
[0006]可選地，所述同一輸出參數為Q軸電流。
[0007]可選地，所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ωρ直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω”直軸電壓Ud和交軸電
壓Uq。
[0008]可選地，所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
[0009]為了實現上述目的，本發明還提供了一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，所述內嵌式永磁同步電機包括永磁同步電機控制器，所述辨識方法包括以下步驟:
[0010]步驟1:參數接收電路接收所述永磁同步電機控制器輸出的第一組控制器參數；
[0011]步驟2:電機觀測電路建立所述內嵌式永磁同步電機的觀測模型；
[0012]步驟3:激勵輸出電路將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路；
[0013]步驟4:輸出誤差計算電路接收所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出；
[0014]步驟5:自適應律計算電路接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路的各個電機參數；
[0015]步驟6:參數輸出電路接收所述自適應律計算電路輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器；
[0016]步驟7:所述永磁同步電機控制器根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機進行控制；
[0017]其中，所述參數接收電路、所述電機觀測電路、所述激勵輸出電路、所述自適應律計算電路和所述參數輸出電路內嵌于所述內嵌式永磁同步電機；其中，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數。
[0018]可選地，所述同一輸出參數為Q軸電流。
[0019]可選地，所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ωρ直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω”直軸電壓Ud和交軸電
壓Uq。[0020]可選地，所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明一種內嵌式永磁同步電機的永磁同步電機控制器的電路圖；
[0022]圖2為本發明一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置的結構示意圖；
[0023]圖3為本發明一種內嵌式永磁同步電機參數辨識方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0025]首先，請參考圖1，圖1為本發明一種內嵌式永磁同步電機的永磁同步電機控制器的電路圖。
[0026]在圖1中，直流母線電壓經過濾波電容Cl濾波，濾波電容Cl兩端裝有電壓傳感器，測得直流母線電壓Ud，所述控制器采用空間矢量脈寬調制(Space Vector Pulse WidthModulation)即SVPWM矢量控制策略，所述控制器通過檢測永磁同步電機轉子位置和輸出請求，確定01、02、03、04、05、06六個IGBT的開關導通順序，可使用電流傳感器檢測ia、ib、ic三相電流值，并通過Clark變換，轉換成直軸電流Id、交軸電流Iq兩個分量，并與所述控制器的輸出請求比較，進行PI調節，形成閉環控制，從而完成對永磁同步電機速度、轉矩的控制。在控制過程中，所述控制器可以實時監測永磁同步電機直軸電流Id、交軸電流Iq、永磁同步電機轉子轉速ωι.，并可以通過控制裝置的比例積分環節得到永磁同步電機的直軸電壓分量Ud，交軸電壓分量Uq，從而為下面的永磁同步電機參數辨識提供數據基礎。
[0027]接著參照圖2，圖2為本發明一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置的結構示意圖，所述辨識裝置設置在所述內嵌式永磁同步電機I上，所述內嵌式永磁同步電機I包括永磁同步電機控制器2，即可將所述永磁同步電機控制器2設置在所述內嵌式永磁同步電機I內。
[0028]所述辨識裝置包括:參數接收電路3，連接所述永磁同步電機控制器2以接收所述永磁同步電機控制器2輸出的第一組控制器參數；電機觀測電路5，建立所述內嵌式永磁同步電機I的觀測模型；激勵輸出電路4，連接所述內嵌式永磁同步電機I和所述電機觀測電路5，以將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機I和所述電機觀測電路5 ;輸出誤差計算電路6，連接所述內嵌式永磁同步電機I和所述電機觀測電路5，以接收所述內嵌式永磁同步電機I和所述電機觀測電路5的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機I和所述電機觀測電路5的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出；自適應律計算電路7，連接所述輸出誤差計算電路6、所述參數接收電路3和所述電機觀測電路5，接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路5的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路5的各個電機參數；參數輸出電路8，連接所述自適應律計算電路7以接收所述自適應律計算電路7輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器I的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器2 ;其中，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數；其中，所述永磁同步電機控制器2根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機I進行控制。其中，所述同一輸出參數為Q軸電流；所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流Iq，轉子轉速直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω r,直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
[0029]最后參照圖3，圖3為本發明一種內嵌式永磁同步電機參數辨識方法的工作流程圖，所述辨識方法包括以下步驟:
[0030]步驟301:參數接收電路接收所述永磁同步電機控制器輸出的第一組控制器參數；
[0031]步驟302:電機觀測電路建立所述內嵌式永磁同步電機的觀測模型；
[0032]步驟303:激勵輸出電路將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路；
[0033]步驟304:輸出誤差計算電路接收所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出；
[0034]步驟305:自適應律計算電路接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路的各個電機參數；
[0035]步驟306:參數輸出電路接收所述自適應律計算電路輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器；
[0036]步驟307:所述永磁同步電機控制器根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機進行控制；
[0037]其中，所述參數接收電路、所述電機觀測電路、所述激勵輸出電路、所述自適應律計算電路和所述參數輸出電路內嵌于所述內嵌式永磁同步電機；，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數。其中，所述同一輸出參數為Q軸電流；所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω r,直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流Iq,轉子轉速ω r,直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
[0038]另外，所述自適應律計算電路使用的辨識算法具體如下:
[0039]永磁同步電機在旋轉坐標系下的定子電流模型數學模型為
【權利要求】
1.一種內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，所述辨識裝置設置在所述內嵌式永磁同步電機控制器上，所述內嵌式永磁同步電機包括永磁同步電機控制器，其特征在于，所述辨識裝置包括: 參數接收電路，連接所述永磁同步電機控制器以接收所述永磁同步電機控制器輸出的第一組控制器參數； 電機觀測電路，建立所述內嵌式永磁同步電機的觀測模型； 激勵輸出電路，連接所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路，以將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路； 輸出誤差計算電路，連接所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路，以接收所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出； 自適應律計算電路，連接所述輸出誤差計算電路、所述參數接收電路和所述電機觀測電路，接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路的各個電機參數； 參數輸出電路，連接所述自適應律計算電路以接收所述自適應律計算電路輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器； 其中，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數；` 其中，所述永磁同步電機控制器根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機進行控制。
2.根據權利要求1所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，其特征在于: 所述同一輸出參數為Q軸電流。
3.根據權利要求1所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，其特征在于: 所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流Iq，轉子轉速直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω P直軸電壓Ud和交軸電壓U,。
4.根據權利要求1所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識裝置，其特征在于: 所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
5.一種內嵌式永磁同步電機參數辨識方法，所述內嵌式永磁同步電機包括永磁同步電機控制器，其特征在于，所述辨識方法包括以下步驟: 步驟1:參數接收電路接收所述永磁同步電機控制器輸出的第一組控制器參數； 步驟2:電機觀測電路建立所述內嵌式永磁同步電機的觀測模型； 步驟3:激勵輸出電路將同一激勵輸出給所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路； 步驟4:輸出誤差計算電路接收所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數，并計算所述內嵌式永磁同步電機和所述電機觀測電路的同一輸出參數之差，作為參數誤差輸出； 步驟5:自適應律計算電路接收所述第一組控制器參數和所述參數誤差，基于所述第一組控制器參數和所述參數誤差根據參數自適應律修正所述電機觀測電路的電機參數，使得所述參數誤差逐漸減少，直到所述參數誤差為零，讀出并輸出所述參數誤差為零時所述電機觀測電路的各個電機參數； 步驟6:參數輸出電路接收所述自適應律計算電路輸出的所述各個電機參數，并根據所述各個電機參數調整所述永磁同步電機控制器的第二組控制器參數，將所述調制后的第二組控制器參數輸出給所述永磁同步電機控制器； 步驟7:所述永磁同步電機控制器根據接收到的所述調制后的第二組控制器參數對所述內嵌式永磁同步電機進行控制； 其中，所述參數接收電路、所述電機觀測電路、所述激勵輸出電路、所述自適應律計算電路和所述參數輸出電路內嵌于所述內嵌式永磁同步電機控制器； 其中，所述第二組控制器參數的參數數量大于所述第一組控制器參數的參數數量，并且所述第二組控制器參數包括所述第一組控制器參數。
6.根據權利要求5所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識方法，其特征在于: 所述同一輸出參數為Q軸電流。
7.根據權利要求5所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識方法，其特征在于: 所述第一組控制器參數為直軸電流Id，交軸電流Iq，轉子轉速直軸電壓Ud和交軸電壓Uq ;所述第一組控制器參數為D軸電感Ld，Q軸電感L,，繞組電阻Rs，永磁體在定子上耦合的磁鏈Vf，直軸電流Id，交軸電流I,，轉子轉速ω P直軸電壓Ud和交軸電壓U,。
8.根據權利要求5所述的內嵌式永磁同步電機參數辨識方法，其特征在于: 所述自適應律計算電路使用在線參數辨識模式讀出所述電機觀測電路的各個電機參數。
【文檔編號】H02P21/14GK103501150SQ201310475875
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】劉長柱, 張根發, 馮世軍, 劉立恒, 張勇 申請人:上海聯孚新能源科技有限公司