本發(fā)明屬于永磁同步電機控制領域，涉及永磁同步電機轉子位置系統和控制方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種永磁同步電機伺服慣量系統辨識方法。

背景技術：

永磁同步電機位置伺服控制必須采用閉環(huán)控制才能獲得優(yōu)良的轉子位置控制性能，只有對被控對象進行定性認識才能決定設計什么樣的控制器，只有對被控對象參數進行定量識別才能對控制器參數準確調整。目前，公知的現有技術中的控制器，如應用廣泛的PID（比例積分微分）控制器，并不是首先確定被控對象參數，而是直接采用試湊法或經驗法調整控制器比例控制參數、積分控制參數和微分控制參數。因此，控制器參數的調整比較盲目，永磁同步電機位置伺服控制系統的調試費時費力，轉子位置控制性能難以滿足要求，有些甚至根本無法對轉子位置進行控制。

有相關在先前申請專利中做了初步探索研究，在先專利為：公開號是CN103427747B，專利名稱為直流電機電流PI控制的參數調節(jié)系統的調節(jié)方法；公開號是CN103414418B，專利名稱為一種直流電機電流PI控制系統的控制方法；公開號是CN103427758B，專利名稱為單相感應電機勵磁電流PI控制參數的調整方法；公開是CN103427748B，專利名稱為一種單相感應電機勵磁電流PI控制方法；公開是CN101499755A，專利名稱為一種直流電機速度PID控制方法。但上述現有研究中，沒有涉及到永磁同步電機、永磁電機以及對轉子位置的閉環(huán)控制，永磁同步電機轉子位置控制時，如何識別等效伺服慣量參數，則是現有技術中有待必須解決的問題，另一方面，隨著定子繞組溫度的升高，電機參數會發(fā)生變化，導致控制精度出現偏差，為此，急需發(fā)明一種針對于永磁同步電機伺服慣量系統辨識方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是為了解決在永磁同步電機轉子位置進行控制時，控制器參數難于根據被控對象參數進行調整的問題，而提出一種永磁同步電機伺服慣量系統辨識方法，為用于控制永磁同步電機運行的轉子位置控制器提供參數設計和調整的依據。

為了實現根據本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種永磁同步電機伺服慣量系統辨識方法，該辨識方法采用的辨識系統包括：

第一定子電壓控制單元，其用于生成定子電壓的第一控制信號；

第一功率驅動單元，其輸入端與所述第一定子電壓控制單元的輸出端連接，所述第一功率驅動單元接收所述定子電壓的第一控制信號，并輸出相應大小的第一驅動電壓；

第二定子電壓控制單元，其用于生成定子電壓的第二控制信號；

第二功率驅動單元，其輸入端與所述第二定子電壓控制單元的輸出端連接，所述第二功率驅動單元接收所述定子電壓的第二控制信號，并輸出相應大小的第二驅動電壓；

永磁同步電機，其電源輸入端通過第一切換開關與所述第一功率驅動單元的輸出端連接、通過第二切換開關與所述第二功率驅動單元的輸出端連接，所述永磁同步電機的定子接收所述第一驅動電壓或第二驅動電壓；

轉子位置傳感器，其用于測量永磁同步電機的轉子位置信息；

測溫裝置，其用于測量所述永磁同步電機定子繞組的溫度；以及

記錄儀器，其輸入端分別與所述第一定子電壓控制單元、轉子位置傳感器以及測溫裝置的輸出端連接，所述記錄儀器用于記錄所測量數據隨時間的變化過程；

一種永磁同步電機等效伺服慣量系統辨識方法，包括以下步驟：

步驟一、將永磁同步電機轉子定位于永磁同步電機A相繞組軸線位置；測溫裝置實時采集所述定子繞組的溫度數據，并將該溫度數據傳送至記錄儀器中，將所述溫度數據從小到大劃分為若干個溫度區(qū)間；

步驟二、斷開第一切換開關，閉合第二切換開關，采用定子電壓控制單元輸出三相定子電壓幅值各為一正常數L的第二控制信號；

步驟三、所述第二功率驅動單元接收所述第二控制信號后輸出三相電壓幅值各為所述正常數L的第二驅動電壓，所述永磁同步電機的定子繞組接收所述第二驅動電壓，將所述定子繞組升溫；

步驟四、當所述定子繞組的溫度超過第j個所述溫度區(qū)間的中間值時，斷開所述第二切換開關，閉合所述第一切換開關，采用第一定子電壓控制單元輸出定子α軸電壓為0、定子β軸電壓為一負常數-|M|的第一控制信號，其中，j為1、2、3…；

步驟五、所述第一功率驅動單元接收所述第一控制信號后輸出定子α軸電壓為0、定子β軸電壓為一負常數-|M|的第一驅動電壓，所述永磁同步電機的定子繞組接收所述第一驅動電壓，驅動轉子動作，產生轉子位置信息；

步驟六、采用轉子位置傳感器實時測量永磁同步電機的轉子位置信息；

步驟七、記錄儀器分別記錄所述第一控制信號和所述轉子位置信息隨時間變化的過程，并在坐標系分別建立所述轉子位置信息、定子β軸電壓與時間關系的曲線圖，其中，時間為橫坐標，轉子位置信息和定子β軸電壓為縱坐標；

步驟八、在坐標系中讀取轉子位置信息曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C，過該穩(wěn)態(tài)幅值C作平行于時間軸的直線；

步驟九、將定子β軸電壓的幅值|M|除以幅值C，得到所述永磁同步電機的機電響應參數K；

步驟十、過原點對轉子位置信息曲線作切線并與所述步驟八中所述的直線相交于交點S，過交點S向下作垂線與時間軸相交，垂線與時間軸的交點的坐標值為T；

步驟十一、將所述機電響應參數K和所述坐標值T相乘，得到永磁同步電機在定子繞組溫度處于第j個溫度區(qū)間的等效伺服慣量參數Ai，i=1、2…j；

步驟十二、回到步驟二，在第j+1個所述溫度區(qū)間進行等效伺服慣量參數Ai的測量，直至將各個所述溫度區(qū)間對應的等效伺服慣量參數Ai全部測量完畢。

優(yōu)選的，所述第一功率驅動單元和第二功率驅動單元的額定電壓大于所述永磁同步電機的額定電壓。

優(yōu)選的，所述第一功率驅動單元和第二功率驅動單元的額定電流大于所述永磁同步電機的額定電流。

優(yōu)選的，所述第一切換開關和第二切換開關聯鎖設置，所述第一切換開關和第二切換開關在同一時刻不能同時閉合。

優(yōu)選的，所述測溫裝置設置在所述永磁同步電機的機殼上，所述測溫裝置為紅外測溫傳感器，所述紅外測溫傳感器的出光口朝向所述定子繞組。

優(yōu)選的，步驟二中所述第二定子電壓控制單元輸出的三相定子電壓幅值L與所述永磁同步電機的額定電壓幅值相等。

優(yōu)選的，步驟四中所述定子電壓控制單元輸出的定子β軸電壓的幅值|M|與所述永磁同步電機的額定電壓幅值相等。

優(yōu)選的，根據永磁同步電機的定子繞組所處的溫度區(qū)間，選擇在該溫度下對應的所述等效伺服慣量參數Ai，根據所述等效伺服慣量參數Ai確定用于控制所述永磁同步電機運行狀態(tài)的轉子位置控制器的控制參數。

優(yōu)選的，所述轉子位置控制器的控制參數包括比例參數、積分參數、微分參數中的至少一種。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1、通過在不同定子繞組溫度下，對永磁同步電機的參數進行定量識別，獲得了對電機轉子位置控制時的機電響應參數K和等效伺服慣量參數Ai，為永磁同步電機的控制設計和調試節(jié)省了精力和時間，提高了對永磁同步電機在不同定子繞組溫度下的控制性能，而且使得永磁同步電機獲得了良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，實現了對永磁同步電機的精確控制；

2、通過對永磁同步電機參數進行定量識別，獲得了對轉子位置控制時的機電響應參數K和永磁同步電機等效伺服慣量參數Ai，為永磁同步電機轉子位置控制設計和調試節(jié)省了精力和時間，提高了對永磁同步電機的轉子位置伺服控制性能，而且使得永磁同步電機獲得了良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，實現了對永磁同步電機轉子位置的精確控制。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的辨識系統的構成框圖；

圖2為本發(fā)明辨識方法框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

本發(fā)明提供了一種永磁同步電機伺服慣量系統辨識方法，如圖1所示，所采用的辨識系統包括：第一定子電壓控制單元100、第一功率驅動單元200、第一切換開關810、永磁同步電機300、轉子位置傳感器400、記錄儀器500、第二定子電壓控制單元600、第二功率驅動單元700、第二切換開關820、以及測溫裝置900。

其中，第一定子電壓控制單元100用于生成定子繞組電壓的第一控制信號，第一功率驅動單元200輸入端與所述第一定子電壓控制單元100的輸出端連接，所述第一功率驅動單元200接收所述定子電壓的第一控制信號，并輸出相應大小的第一驅動電壓；第二定子電壓控制單元600用于生成定子繞組電壓的第二控制信號，第二功率驅動單元700輸入端與所述第二定子電壓控制單元600的輸出端連接，所述第二功率驅動單元700接收所述定子電壓的第二控制信號，并輸出相應大小的第二驅動電壓。

永磁同步電機300電源輸入端通過第一切換開關810與所述第一功率驅動單元200的輸出端連接、通過第二切換開關820與所述第二功率驅動單元700的輸出端連接，所述永磁同步電機300的定子接收所述第一驅動電壓或第二驅動電壓以給定子繞組勵磁，驅動轉子產生轉子位置信息，其中，所述第一切換開關810和第二切換開關820聯鎖設置的，也就是所述第一切換開關810和第二切換開關820在同一時刻不能同時閉合，使得第一功率驅動單元200與第二功率驅動單元700只能有一者可以為定子繞組勵磁。

轉子位置傳感器400用于測量永磁同步電機300的轉子位置信息，所述測溫裝置900設置在所述永磁同步電機300的機殼上，用于測量所述永磁同步電機300定子繞組的溫度；本實施例中，所述測溫裝置900為紅外測溫傳感器，其他實施例可以根據具體條件選擇合適的溫度傳感器，所述紅外測溫傳感器的出光口朝向所述定子繞組，以提高測量定子繞組溫度的準確性。

記錄儀器500輸入端分別與所述第一定子電壓控制單元100、轉子位置傳感器400以及測溫裝置900的輸出端連接，所述記錄儀器500用于記錄所測量數據隨時間的變化過程，本實施例中，記錄儀器500接收所述轉子位置信息、定子繞組電壓的第一控制信號、定子繞組電壓的第二控制信號以及定子繞組的溫度，并分別記錄所述轉子位置信息、定子繞組電壓的第一控制信號、定子繞組電壓的第二控制信號以及定子繞組的溫度與時間關系的曲線圖。

上述技術方案中，所述第一功率驅動單元200和第二功率驅動單元700的額定電壓大于所述永磁同步電機300的額定電壓；所述第一功率驅動單元200和第二功率驅動單元700的額定電流大于所述永磁同步電機300的額定電流。

一種永磁同步電機等效伺服慣量系統辨識方法，包括以下步驟：

步驟一、將永磁同步電機300的轉子定位于永磁同步電機A相繞組軸線位置，測溫裝置900實時采集所述定子繞組的溫度數據，并將該溫度數據傳送至記錄儀器500中，將所述溫度數據從小到大劃分為若干個溫度區(qū)間，劃分的溫度區(qū)間越小，每個溫度區(qū)間對應的等效伺服慣量參數Ai越精確，可以根據具體情況來劃分溫度區(qū)間，本實施例中，將定子繞組溫度從-30^OC～110 ^OC每5 ^OC劃分為一個溫度區(qū)間，一共22個溫度區(qū)間；

步驟二、斷開第一切換開關810，閉合第二切換開關820，采用第二定子電壓控制單元600輸出三相定子電壓幅值各為一正常數L的第二控制信號，本實施例中，該第二定子電壓控制單元600輸出的三相定子電壓幅值L與所述永磁同步電機300的額定電壓幅值相等；

步驟三、所述第二功率驅動單元700接收所述第二控制信號后輸出三相電壓幅值各為所述正常數L的第二驅動電壓，所述永磁同步電機300的定子繞組接收所述第二驅動電壓，將所述定子繞組升溫，測溫裝置900實時測量定子繞組的溫度，將溫度數據反饋至記錄儀器500中；

步驟四、隨著定位繞組溫度的升高，當所述定子繞組的溫度超過第j個所述溫度區(qū)間的中間值時，其中，j為1、2、3…22，比如定子繞組的溫度超過了第8個所述溫度區(qū)間的中間值時，也就是超過了7.5 ^OC時，斷開所述第二切換開關820，閉合所述第一切換開關810，采用第一定子電壓控制單元100輸出定子α軸電壓為0、定子β軸電壓為一負常數|M|的第一控制信號；

步驟五、所述第一功率驅動單元200接收所述第一控制信號后輸出定子α軸電壓為0、定子β軸電壓為一負常數-|M|的第一驅動電壓，本實施例中，所述第一定子電壓控制單元100輸出的輸出的定子β軸電壓的幅值|M|與所述永磁同步電機300的額定電壓幅值相等，所述永磁同步電機300的定子繞組接收所述第一驅動電壓，產生轉子位置信息；

步驟六、采用轉子位置傳感器400實時測量永磁同步電機300的轉子位置信息，并傳送至記錄儀器500中；

步驟七、記錄儀器500分別記錄所述第一控制信號和所述轉子位置信息隨時間變化的過程，并在坐標系分別建立所述轉子位置信息、定子β軸電壓與時間關系的曲線圖，其中，時間為橫坐標，轉子位置信息和定子β軸電壓為縱坐標；

步驟八、在坐標系中讀取轉子位置信息曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C，過該穩(wěn)態(tài)幅值C作平行于時間軸的直線；

步驟九、將定子β軸電壓的幅值|M|除以幅值C，得到所述永磁同步電機300的機電響應參數K；

步驟十、過原點對轉子位置信息曲線作切線并與所述步驟八中所述的直線相交于交點S，過交點S向下作垂線與時間軸相交，垂線與時間軸的交點的坐標值為T；

步驟十一、將定子阻抗參數K和坐標值T相乘，得到所述永磁同步電機300在定子繞組溫度處于第j個溫度區(qū)間的等效伺服慣量參數Ai，i=1、2…j，本實施例中，也就是測得了第八個溫度區(qū)間的等效伺服慣量參數Ai，i=8；

步驟十二、回到步驟二，繼續(xù)對定子繞組升溫，直到定子繞組的溫度超過第j+1個溫度區(qū)間的中間值，在第j+1個所述溫度區(qū)間進行等效伺服慣量參數Ai的測量，也就是在第九個溫度區(qū)間中測量等效伺服慣量參數Ai，i=9，直至將各個所述溫度區(qū)間對應的等效伺服慣量參數Ai全部測量完畢，得到每個溫度區(qū)間對應的等效伺服慣量參數Ai。

隨后，根據永磁同步電機300的定子繞組所處的溫度區(qū)間對應的等效伺服慣量參數Ai，設定若干個轉子位置控制器，根據每個溫度下對應的所述等效伺服慣量參數Ai，來確定用于控制所述永磁同步電機運行狀態(tài)的轉子位置控制器的控制參數，所述轉子位置控制器的控制參數包括比例參數、積分參數、微分參數中的至少一種。

本實施例中，得到上述永磁同步電機轉子位置控制時的定子阻抗參數K和永磁同步電機等效伺服慣量參數A之后，永磁同步電機轉子位置控制器就可以根據這兩個參數進行設計和調整，以更好的控制永磁同步電機。

在永磁同步電機具體運行時，測溫裝置900實時測量定子繞組的溫度，根據定子繞組所處的溫度區(qū)間，來選擇切換對應的轉子位置控制器，以根據不同溫度下的電機參數來對電機進行轉子位置控制，提高控制性能。

由上所述，本發(fā)明通過在不同定子繞組溫度下，對永磁同步電機的參數進行定量識別，獲得了對電機轉矩控制時的電磁轉矩參數K和等效轉矩慣量參數Ai，為永磁同步電機的控制設計和調試節(jié)省了精力和時間，提高了對永磁同步電機在不同定子繞組溫度下的控制性能，而且使得永磁同步電機獲得了良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，實現了對永磁同步電機的精確控制；同時，通過對永磁同步電機300參數進行定量識別，獲得了對轉子位置控制時的機電響應參數K和永磁同步電機300等效伺服慣量參數，為永磁同步電機300轉子位置控制設計和調試節(jié)省了精力和時間，提高了對永磁同步電機300的轉子位置伺服控制性能，而且使得永磁同步電機300獲得了良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，實現了對永磁同步電機300轉子位置的精確控制。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。