一種電機定子電阻辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機電技術領域，用于伺服控制領域，涉及電機參數辨識，具體為一種電 機定子電阻辨識方法。
【背景技術】
[0002] 電機參數辨識主要應用于伺服控制領域，其中，電機在運轉過程中參數由于溫度 等因素的影響發生變化，進而影響控制的效果。研究電機參數的辨識和更新，對于改善控制 性能具有重要意義。
[0003] 目前，電機參數辨識的方法有多種，其中，辨識電機定子電阻的方法主要分為離線 辨識和在線辨識。參考文件1 :中國專利申請CN201410128726. 3《定子電阻的測量方法、裝 置和溫度檢測方法、裝置》中提出了一種離線辨識定子電阻的方法，其原理如下：首先獲取 電機電流矢量的角度，每次獲取的電機電流矢量的角度在前一次獲取的角度的基礎上順時 針或逆時針變化預設角度，然后分別設定兩次電機d軸電流給定值，相應的得到兩次電機 穩態電壓值，最后根據式（1)計算出電機定子電阻值：
[0004] (1)
[0005] 式（1)中，札為電機的定子電阻值，Ip I2分別為兩次電流給定值，UpU2S兩次電 機穩態電壓值。這種方法需要預設電機電流矢量角度，因此無法在電機正常運轉過程中對 定子電阻進行在線辨識。
[0006] 參考文獻2 :中國專利申請CN201210071506. 2《定子電阻在線辨識方法及裝置》提 出了一種在線辨識的方法，其原理如下：當電機處于穩態時，獲取電機定子電流1和定子電 壓u s;將電機定子電流i 5定向在同步旋轉dq坐標系的d軸，計算d軸的分量i d，或將電機 定子電流:^定向在同步旋轉dq坐標系q軸，計算q軸的分量iq;計算鎖相角Θ ;、同步轉速 ωs;根據0 i計算定子電壓u 3在d軸的分量u jP在所述q軸的分量u q;獲取磁鏈控制環給 定值Φ Jef作為電機定子磁鏈Φ s的幅值I Φ s I，并計算Φ在Q軸的分量Φ sq，或d軸的 分量$sd;根據式⑵計算定子電阻值Rs。
[0007]
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[0008] 上述的方法需要計算鎖相角，同時還需要獲取定子磁鏈的幅值，計算比較復雜。而 其他的在線辨識方法，例如最小二乘法、模型參考自適應法和卡爾曼濾波法都存在算法復 雜，計算量大等問題，工程化實現比較困難。
【發明內容】
[0009] 本發明要解決的問題是：現有技術難以在電機正常運轉過程中對定子電阻進行在 線辨識，算法復雜，計算量大。
[0010] 本發明的技術方案為：一種電機定子電阻辨識方法，應用于表貼式永磁同步電機， 首先建立基于轉子磁鏈定向的dq坐標系，在表貼式永磁同步電機運轉過程中，通過消去電 機定子電壓方程中非電阻壓降的部分，由電阻壓降部分的電壓和電流計算出定子電阻阻 值，包括以下步驟：
[0011] 1)表貼式永磁同步電機在d軸坐標系下的電壓方程為：
[0012]
[0013] Ud為電機定子電壓在d軸上的分量，i d、iq為電機定子電流在d軸、q軸上的分量， Ls為電機定子電感，ω e為電機的電角速度，RsS電機定子電阻，使電機以ω e運行；
[0014] 2)設定d軸定子電流給定值為Zifl .,給定值的幅值遵循不改變電機輸出電磁轉矩Tf3 I ·Λ， 的原則，當實際電流id穩定在給定值后，此時d軸電感上的壓降L、^近似為零，記錄多 cit 組d軸電壓值與電流值，取平均值記為Udl、idl，此時q軸電流記為iql;
[0015] 3)再次進行d軸定子電流給定，給定值設置為$2，當實際電流id穩定在給定值 :^2后，此時d軸電感上的壓降L. ^近似為零，記錄多組d軸電壓與電流值，取出平均值記 ' dt 為ud2、id2，此時q軸電流記為iq2;
[0016] 4)步驟2)、3)中，d軸電感上的壓降均近似為零；對于表貼式電機，同一電機輸出 同樣的電磁轉矩所需要的iq相等，在轉速恒定且負載轉矩不變的情況下，電機輸出的電磁 轉矩不變，則i ql= iq2;根據d軸坐標系下的電壓方程，消去其中非電阻壓降的部分，計算得 到電機定子電阻的辨識值：
[0017]
[0018] 進一步的，計算多次定子電阻的辨識值，再計算平均值，作為最終的定子電阻辨識 值，提高辨識的精度。
[0019] 作為優選方式，計算多次定子電阻辨識值的平均值時，直接將計算得到的多次定 子電阻辨識值累加，再進行求解平均值的操作。這樣可以節省處理器資源，提高計算效率。
[0020] 基于在電機運轉的情況下消去電壓方程中除了電阻壓降的其他項，記錄電壓電流 值最終計算出電阻阻值這一原理，本發明方法除了上述基于d軸電壓方程的計算定子電 阻，還可以基于q軸電壓方程，消去非電阻壓降的部分，來計算定子電阻，具體如下：
[0021] 一種電機定子電阻辨識方法，應用于表貼式永磁同步電機，首先建立基于轉子磁 鏈定向的dq坐標系，在表貼式永磁同步電機運轉過程中，通過消去電機定子電壓方程中非 電阻壓降的部分，由電阻壓降部分的電壓和電流計算出定子電阻阻值，包括以下步驟：
[0022] 1)表貼式永磁同步電機在q軸坐標系下的電壓方程為：
[0023]
[0024] Uq為電機定子電壓在q軸上的分量，i d、iq為電機定子電流在d軸、q軸上的分量， Ls為電機定子電感，ω 電機的電角速度，Rs為電機定子電阻，Ψ f為電機永磁體磁鏈，使 電機以 '運行；
[0025] 2)設定d軸電流給定值' ，當d軸電流穩定為給定值后，施加負載轉矩T u，待 電機轉速重新穩定在ω Jg，電機穩態運行，記錄多組q軸電壓與電流值，分別求平均值，記 為 Uql，iql;
[0026] 3)改變負載轉矩為IY2，等到電機轉速再次穩定在ω e時，電機再次穩態運行，記錄 多組q軸電壓與電流值，并求平均值得到uq2, iq2;
[0027] 4)在電機穩態運行時，q軸電流iq的變化引起的q軸電感上的壓降及-^近似為 (it 零；在步驟2)3)中，記錄電壓電流數據時電機的速度穩定在Cof3, id也控制等于〇,因此，將 兩次得到的電壓記錄值uql、Uq2相減，根據q軸坐標系下的電壓方程，消去其中非電阻壓降 的部分，計算得到電機定子電阻的辨識值：
[0028]
[0029] 進一步的，計算多次定子電阻的辨識值，再計算平均值，作為最終的定子電阻辨識 值，提高辨識的精度。
[0030] 作為優選方式，計算多次定子電阻辨識值的平均值時，直接將計算得到的多次定 子電阻辨識值累加，再進行求解平均值的操作。這樣可以節省處理器資源，提高計算效率。
[0031] 本發明與背景兩個專利申請都基于電機的電壓方程，與參考文獻1不同點在于：
[0032] 根據參考文獻1的特征描述，該技術方案需要預設電流矢量作用角度，導致電機 轉子在辨識時只能靜止在某個或某些固定角度，無法在電機正常運轉過程中辨識，只能離 線辨識定子電阻，而本發明不需要預設電流矢量作用角度，從而可以實現電機在正常運轉 過程中，對定子電阻進行在線辨識。
[0033] 與參考文獻2不同點在于：
[0034] 參考文獻2需要對于定子磁鏈進行獲取，而在電機運轉過程中，電機的定子磁鏈 是實時變化的，而定子磁鏈的獲取算法復雜，計算量大，同時，獲取的定子磁鏈的準確性會 嚴重影響最終的電阻辨識精度，因此變化的定子磁鏈值對定子電阻的辨識準確度帶來很大 的影響，而本發明電阻計算只需要電壓與電流，獲取的方法簡單，準確性高，整體實現比參 考文獻2更簡單。
[0035] 傳統的離線辨識方法，只能在電機保持靜止或者預設電機電流矢量角度的情況下 進行辨識，而本發明的辨識方法不僅實現在線辨識，而且可以辨識電機在不同轉速運行時 的定子電阻阻值，還可以在電機長時間運轉過程中，實時辨識由于電機溫度等因素影響而 發生改變的定子電阻阻值。與傳統在線辨識方法相比，本發明計算定子電阻時，只需要電壓 電流信號，不需要電機的其他參數信息，具有算法簡單，易于用DSP實現的優點，并且具有 較高的辨識精度。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明基于d軸電壓方程的定子電阻辨識方法流程圖。
[0037] 圖2為本發明基于q軸電壓方程的定子電阻辨識方法流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 針對目前電機定子電阻辨識方法存在的不足，本發明提出了一種應用于表貼式永 磁同步電機的定子電阻辨識方法，可以在電機運轉過程中對電機定子電阻進行辨識，而且 辨識精度高，計算量小，易于工程化實現。
[0039] 本發明關鍵點是，在電機運轉的情況下，消去電壓方程中除了電阻壓降的其他項， 記錄電壓電流值，最終計算出電阻阻值。本發明不需要進行大量計算，適用于表貼式永磁同 步電機的定子電阻辨識，在表貼式永磁同步電機正常運轉過程中，實現對電機定子電壓中 非電阻壓降的處理。
[0040] 表貼式永磁同步電機定子電阻辨識方法的原理是：首先，建立基于轉子磁鏈定向 的dq坐標系，得到表貼式永磁同步電機在dq坐標系下的數學模型： CN 105119549 A VL b/丫貝
[0041]
(3)
[0042] 式⑶中，ud、Uq為電機定子電壓在d軸、q軸上的分量，i d、iq為電機定子電流在 d軸、q軸上的分量，Ls為電機定子電感，ω 電機的電角速度，Rs為電機定子電阻，Ψ ,為 電機永磁體磁鏈。
[0043] 從式⑶中Ud的電壓方程可知，Ud是由電機定子電阻上的壓降R sid、d軸電感上的 I · 壓降L, &、以及耦合電壓項-?丄山組成。其中，當定子電流i d進入穩態時，i啲變化很 Clt 小，d軸電感上的壓降a. 近似為零，可以忽略不計。 at
[0044] 根據電機的運動方程有：
[0045] :(4):
[0046] 式⑷中，Te為電機輸出的電磁轉矩，?\為電機所有負載轉