本發明涉及永磁同步電機，具體地，涉及一種永磁同步電機參數在線識別方法及對應的識別系統。
背景技術：
：永磁同步電動機的調速系統主要有V/F恒壓頻比控制、矢量控制和直接轉矩控制三種方式。相比傳統的V/F控制，矢量控制和直接轉矩控制都需要知道準確的電機參數。此外，一些控制方法如弱磁控制、無速度傳感器控制等方法也需要精確的電機參數，所以對永磁同步電機參數(主要包括定子電阻Rs，交直軸等效電感Ld、Lq和轉子磁通ψf)的識別有著重要的意義。永磁同步電機的參數一般通過空載、堵轉試驗等離線方式進行測得，然而永磁同步電機在運行過程中，由于溫度等的影響，電機參數會發生變化，如果控制中不做參數修正，將會引起控制系統的誤差。因而，永磁同步電機參數的在線識別顯得尤為重要。此外，電機在長時間的帶負荷運行中，電機溫度會逐漸升高，為防止電機過熱運行，電機溫度的在線監測也有著重要的意義。經檢索，公開號為CN103066913A的中國專利申請，該專利公開了一種永磁同步電機參數識別系統、方法及控制裝置，其介紹了一種利用脈沖輸入單元、電流采樣單元、計時器單元及參數計算單元，結合電機定子電壓方程，獲得永磁同步電機的相關參數的方式。公開號為CN104811102A的中國專利申請，該專利公開了一種永磁同步電機的控制系統及參數識別方法，其通過注入不同的交直軸電壓，在電角度為0時分別采集電流值，利用電機模型計算出電機的相關參數。上述專利CN103066913A和專利CN104811102A都需要向電機注入不同的脈沖波，在不同的工況下得到相應的電機參數，從根本上講，這兩種方式屬于離線識別的范疇，并不適用于電機運行中的參數識別。進一步檢索中發現，《中國電機工程學報》2010年第30期第30卷68-73頁上發表的“基于自適應線性元件神經網絡的表面式永磁同步電機參數在線辨識”、《自動化學報》2013年第12期第39卷2121-2130頁上發表的“基于雙模態自適應小波粒子群的永磁同步電機多參數識別與溫度檢測方法”以及《魚雷技術》2014年第6期第22卷452-456頁上發表的“基于遞推最小二乘法的永磁同步電機參數辨識”，這三篇文章提出通過采集電機電壓與電流值，利用永磁同步電機的狀態方程，經過離散化后分別進行神經網絡算法、粒子群算法及最小二乘法等方式進行在線求解，得到電機的參數辨識值。上述三篇文章分別采取神經網絡算法、粒子群算法及最小二乘法等方式進行在線求解，一方面收斂速度較慢，甚至會出現發散狀態，另一方面計算較為復雜，占用處理器內存較大。另外，《機車電傳動》2015年第2期71-76頁上發表的“基于模型參考自適應的永磁同步電機在線參數辨識方法研究”一文利用模型參考自適應算法，通過合適的自適應律節可調模型，從而得到需要辨識的電機參數。該文章公開的方法需要設計合適的自適應律，從而增加了電機參數辨識的難度與復雜度。進一步的，從以上眾多公開的永磁同步電機參數在線識別技術中發現，現有的識別技術并未對電機溫度進行監測，具有一定的狹隘性。技術實現要素：針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種永磁同步電機參數在線識別方法及系統，可以解決上述問題，在迅速地完成參數識別的同時，擁有較高的精確度。本發明在永磁同步電機運行的過程中，采集電壓、電流、位置、轉速等信號，通過簡單的方式完成電機參數的在線辨識，實現電機控制的準確性；此外，利用識別出來的定子電阻值，可以實現電機溫度的在線監測，保證電機的正常運作。根據本發明的第一目的，提供一種永磁同步電機參數在線識別方法，包括如下步驟：位置速度檢測步驟：實時獲取永磁同步電機的轉子位置θ和轉子速度ω；電流采樣步驟：實時獲得永磁同步電機三相電流ia，ib和ic；參數計算步驟：利用轉子位置θ將永磁同步電機三相電流ia，ib和ic通過Clark變換和Park變換得到坐標系下的定子電流id和iq；對永磁同步電機的狀態方程進行離散化，得到參數計算模型，通過不同時刻得到的定子電流id和iq、和轉子速度ω，建立關于電機參數作為未知量的方程組，并進行實時求解，從而實現永磁同步電機參數的在線識別。所述永磁同步電機參數包括定子電阻Rs、交直軸等效電感Ld、Lq和轉子磁通ψf等。進一步的，所述方法還包括監測步驟，即：利用識別出來的定子電阻值，通過阻值與溫度間的關系式，完成永磁同步電機溫度的在線監測過程，防止永磁同步電機電機在高溫模式下運行。進一步的，所述位置速度檢測步驟，通過電機編碼器或無位置傳感器算法獲得永磁同步電機的轉子位置θ和轉子速度ω。進一步的，所述參數計算步驟，可以是得到d-q坐標系下的定子電流id和iq，也可在其它坐標系下，如定子坐標系或其它定向方式的同步旋轉坐標系下的定子電流id和iq，能同樣達到本發明的目的。本發明上述方法針對永磁同步電機，在電壓、電流、位置、轉速等信號采樣準確的前提下，將電機電壓方程進行離散化得到參數辨識模型，利用采樣值和辨識模型實時地計算出永磁同步電機的參數，實現準確的電機控制，并可以進一步利用電阻值完成電機溫度的在線監測。根據本發明的第二目的，提供一種永磁同步電機參數在線識別系統，包括：位置速度檢測模塊：實時獲取永磁同步電機的轉子位置θ和轉子速度ω；電流采樣模塊：實時獲得永磁同步電機三相電流ia，ib和ic；參數計算模塊：利用位置速度檢測模塊獲取的轉子位置θ將電流采樣模塊獲得的永磁同步電機三相電流ia，ib和ic通過Clark變換和Park變換得到坐標系下的定子電流id和iq；對永磁同步電機的狀態方程進行離散化，得到參數計算模型，通過不同時刻得到的定子電流id和iq、和轉子速度ω，建立關于電機參數作為未知量的方程組，并進行實時求解，從而實現電機參數的在線識別。進一步的，所述系統還包括監測模塊，即：利用參數計算模塊識別出來的定子電阻值，通過阻值與溫度間的關系式，完成永磁同步電機溫度的在線監測過程，防止永磁同步電機電機在高溫模式下運行。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：相比現有的注入脈沖等方式測量電機參數，本發明可實現電機參數的在線辨識，而且不需要增加硬件電路。相比現有的參數在線識別技術，本發明可快速獲得電機參數，不存在收斂性問題，求解速度快，簡單，可靠。本發明可以在參數識別的同時，完成電機溫度的在線監測，防止電機運行在高溫模式，損壞電機，保障電機的安全運行。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本發明永磁同步電機參數在線識別方法的總體流程圖；圖2為本發明永磁同步電機參數在線識別系統的總體結構框圖；圖3為本發明一實施例中永磁同步電機參數(恒定)結果；圖4為本發明一實施例中永磁同步電機參數(變化)結果。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。本發明主要是提供一種新型的永磁同步電機參數在線識別技術，在永磁同步電機在運行中不斷識別電機參數，保證控制模型的正確性，實現準確的電機矢量控制。此外，永磁同步電機在運行中，電機參數會隨著溫度變化而改變，從而會引起矢量控制中的誤差，嚴重時可能會引起不正常運轉，導致控制失敗。通過本發明技術，還可以進一步完成電機溫度的在線估測，防止電機運行在高溫模式，損壞電機。如圖1所示，為本發明永磁同步電機參數在線識別方法的總體流程圖，包括步驟：位置速度檢測步驟：獲取永磁同步電機的轉子位置θ和轉子速度ω；電流采樣步驟：實時獲得永磁同步電機三相電流ia，ib和ic；參數計算步驟：利用轉子位置θ將永磁同步電機三相電流ia，ib和ic通過Clark變換和Park變換得到坐標系下的定子電流id和iq；對永磁同步電機的狀態方程進行離散化，得到參數計算模型，通過不同時刻得到的定子電流id和iq、和轉子速度ω，建立關于電機參數作為未知量的方程組，并進行實時求解，從而實現電機參數的在線識別。如圖2所示，為實現上述方法的永磁同步電機參數在線識別系統的總體結構框圖，虛線框內為完整的參數在線識別系統，其包含三個子模塊：位置速度檢測模塊：實時獲取永磁同步電機的轉子位置θ和轉子速度ω；電流采樣模塊：實時獲得永磁同步電機三相電流ia，ib和ic；參數計算模塊：利用位置速度檢測模塊獲取的轉子位置θ將電流采樣模塊獲得的永磁同步電機三相電流ia，ib和ic通過Clark變換和Park變換得到坐標系下的定子電流id和iq；對永磁同步電機的狀態方程進行離散化，得到參數計算模型，通過不同時刻得到的定子電流id和iq、和轉子速度ω，建立關于電機參數作為未知量的方程組，并進行實時求解，從而實現電機參數的在線識別。上述三個模塊具體實現技術與方法中三個步驟具體實現技術相同，以下對上述各部分實現的細節進行說明，以便于本領域技術人員理解。如圖2所示，其中ia，ib和ic為永磁同步電機三相電流，θ為轉子位置，ω為轉子速度，ud和uq為電機d-q坐標系下的定子電壓，Rs為定子電阻，Ld、Lq為交直軸等效電感，ψf為轉子磁通，Temp為永磁同步電機定子溫度(可視為電機溫度)。所述參數計算模塊，基于永磁同步電機的狀態方程和電阻—溫度方程。永磁同步電機在轉子磁鏈定向d-q軸坐標系下的電壓方程可表示如下：ud=idRs+Lddiddt-ωLqiquq=iqRs+Lqdiqdt+ωLdid+ωψf---(1)]]>式中，Rs為永磁同步電機每相的定子電阻，Ld為定子繞組d軸等效電感，Lq為定子繞組q軸等效電感，ψf為轉子磁通，ω為轉子速度，ud和uq為電機d-q坐標系下的定子電壓，id和iq為電機d-q坐標系下的定子電流。在第k個采樣周期時刻將式(1)離散化，可得：ud(k)=LdT[id(k+1)-id(k)]+Rsid(k)-ω(k)Lqiq(k)---(2)]]>uq(k)=LqT[iq(k+1)-iq(k)]+Rsiq(k)+ω(k)Ldid(k)+ω(k)ψf---(3)]]>式中T為采樣周期。從公式(2)、(3)可知，永磁同步電機運行中任一時刻的電壓電流都要滿足這兩個方程，那么可以通過不同時刻的電壓電流值反過來計算實時的電機參數定子電阻Rs，交直軸等效電感Ld、Lq和轉子磁通ψf。公式(2)有3個電機參數作為未知量待求，為使得未知量有解且有唯一解，需要建立一個包含3個方程式的方程組。電機運行中，系統模塊可采樣獲得3個不同m時刻的電機定子電流id(m),id(m+1)和iq(m)、定子電壓ud(m)和轉子速度ω(m)，本實施例為方便表示，分別取m為(k-1)，(k-2)和(k-3)。進而，可將公式(2)擴展及變形，并記為矩陣形式，如下式所示。AX＝BA=Tid(k-1)id(k)-id(k-1)-ω(k-1)Tiq(k-1)Tid(k-2)id(k-1)-id(k-2)-ω(k-2)Tiq(k-2)Tid(k-3)id(k-2)-id(k-3)-ω(k-3)Tiq(k-3)]]>X=RsLdLq;B=ud(k-1)Tud(k-2)Tud(k-3)T---(4)]]>利用公式(4)進行矩陣求解，可容易得到未知矩陣X，通過公式(5)可計算出電機參數定子電阻Rs，交直軸等效電感Ld、Lq。Rs＝X(1)Ld＝X(2)Lq＝X(3)(5)將求解得到的電機參數代入到公式(3)，并讀取m時刻(為方便表示，取m為(k-1))的電機定子電流id(m)和iq(m),iq(m+1)、定子電壓uq(m)和轉子速度ω(m)，可以求解出電機的轉子磁通ψf，表示見公式(6)：ψf=uq(k-1)T-Lq[iq(k)-iq(k-1)]-RsTiq(k-1)-ω(k-1)LdTid(k-1)ω(k-1)T---(6)]]>公式(4)、(5)、(6)即為本發明中電機參數計算模塊的計算模型，通過所述模型可以實現永磁同步電機參數的在線識別，將識別的結果實時地傳送給電機控制系統，可保證永磁同步電機電機控制的精確度。進一步的，永磁同步電機定子側為銅導線，其電阻—溫度方程可描述如下：Rs＝R0(1+αΔT)(7)其中Rs為電機定子電阻，R0為20℃時的定子電阻值，α為電阻溫度系數，ΔT為溫度變化量。通過公式(5)識別出的電機定子電阻，可以容易的得到k時刻的電機溫度Temp(k)，表示如下：Temp(k)=Temp(k-1)+Rs-R0αR0---(8)]]>綜上，通過本發明提出的方法，可以有效完成永磁同步電機參數的在線識別工作，消除了電機運行中由參數變化而引起的控制不準確等問題；可以實現電機溫度的在線監測功能，防止電機的過熱運行，保障電機的安全。本發明經過仿真試驗驗證，結果符合預期。試驗中分別從恒定電機參數和變化電機參數兩個方面進行驗證。一方面，設置電機參數為恒定值，設定如下：定子電阻Rs為0.9Ω，交直軸等效電感Ld為6.8e-3H、Lq為13.3e-3H，轉子磁通ψf為0.079578V.s。電機運行中，實時進行永磁同步電機的參數識別程序，識別結果如圖3所示。結果顯示，本發明所提方案，可迅速地完成參數識別，并且擁有較高的精確度。另一方面，設置電機參數為變化值，設定如下：電機開始運行時定子電阻Rs為0.54Ω，交直軸等效電感Ld為6.8e-3H、Lq為13.3e-3H，轉子磁通ψf為0.079578V.s；當0.2s時改變電機參數Rs為1.08Ω，交直軸等效電感Ld為13.6e-3H、Lq為26.6e-3H，轉子磁通ψf為0.09V.s。識別結果如圖4所示，結果顯示，本發明在電機參數發生變化時可以迅速跟蹤并求解出真實的參數值，并且依然擁有較高的精確度。試驗過程中，本發明所提的新型永磁同步電機參數在線識別技術可以快速并準確地完成參數的識別工作，實現了電機控制系統對參數的自適應調整，保證了電機的正常運轉。本發明也可在其它坐標系下(如定子坐標系或其它定向方式的同步旋轉坐標系)被實施，達到同樣的準確參數估測和溫度監測的效果。本發明既可在發電機慣例也可在電動機等其它慣例下被實施，達到同樣的準確參數估測和溫度監測的效果。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。當前第1頁1 2 3