基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统，属于永磁同步电机控制技术领域，首先推导递推最小二乘法的基本方程；其次建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的电气动态模型，并对定子绕组的电阻和电感，以及永磁体磁链进行辨识；然后建立永磁同步电机的机械动态模型，并对转动惯量和粘性摩擦系数，以及负载转矩扰动进行辨识和估计；本发明专利技术能够准确地在线辨识永磁同步电机的参数，并且仅需要外部负载扰动的初始值，便能实现对其进行估计，适用于永磁同步电机高性能伺服控制系统的设计。机高性能伺服控制系统的设计。机高性能伺服控制系统的设计。

【技术实现步骤摘要】
基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子，自动控制和计算机等技术的发展，交流调速控制系统在高性能调速领域已逐步取代直流调速控制系统。永磁同步电机以其功率密度高，转矩惯量比大和动态响应速度快的特点在交流调速系统中占据了主导地位。永磁同步电机参数的在线准确辨识是实现电机高性能控制的基础，也为系统故障诊断提供了依据。与此同时，电机运行过程中负载扰动的影响以及电机参数的变化会使得控制器参数不匹配，进而影响系统性能。为了使所设计的控制器具有参数自整定功能，参数在线辨识技术成了电机控制领域中的一个研究热点。永磁同步电机参数辨识算法的设计，对提高控制系统的动态性能起着至关重要的作用。
[0003]参数辨识算法大致可以分为两类，即离线辨识和在线辨识。离线辨识是指伺服系统按照预定指令运行一段时间，根据转矩和转速等相关数据进行计算，从而得出系统参数估计值的方法。采用离线辨识可在给定指令运行周期结束时获得一个阶段性的辨识结果，所得辨识结果准确度高，但应用场合较为受限。递推最小二乘(Recursive Least Square，RLS)法作为一种在线辨识算法，能够在含有白噪声的系统中实时获得参数的无偏估计，且易于实现。因此设计一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统很有必要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法及系统，可对永磁同步电机的电气参数和机械参数进行辨识，并实现对外部负载扰动的估计。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识系统，所述系统包括电角速度模块、低通滤波器、电气RLS模块、电磁转矩模块、单位延迟模块和机械RLS模块；
[0007]所述电角速度模块用于得到电角速度ω
e
，并将电角速度ω
e
发送到低通滤波器；
[0008]所述低通滤波器对输入信号进行滤波，得到对应的稳态值，并将稳态值发送到电气RLS模块；
[0009]所述电气RLS模块根据永磁同步电机的电气动态模型，得到定子绕组的电阻和电感，以及永磁体磁链的估计值和
[0010]所述电磁转矩模块用于得到电磁转矩T
e
，并将电磁转矩T
e
发送到单位延迟模块；
[0011]所述单位延迟模块对输入信号进行一个离散周期的延时，得到上一时刻的信号值，并将信号值发送到机械RLS模块；
[0012]所述机械RLS模块根据永磁同步电机的机械动态模型，得到转动惯量和粘性摩擦系数以及负载转矩扰动的估计值和
[0013]一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，所述方法包括以下步骤：
[0014]步骤一、建立递推最小二乘法基本模型；
[0015]步骤二、建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的电气动态模型，并对电气参数进行辨识；
[0016]步骤三、建立永磁同步电机的机械动态模型，并对机械参数进行辨识和估计。
[0017]进一步地，所述步骤一中递推最小二乘法的基本模型方程为：
[0018][0019]进一步地，所述步骤二中对电气参数的辨识是基于电气动态方程的稳态系统进行的，对电气参数的辨识包括对定子绕组的电阻和电感进行辨识以及对永磁体磁链进行辨识。
[0020]进一步地，所述步骤二中建立两相同步旋转正交坐标系上的电气动态模型是以表贴式永磁同步电机在三相静止ABC坐标系下的数学模型为基础，通过矢量变换，得到永磁同步电机在两同步旋转正交dq坐标系上的电压方程，并将电压方程表贴式永磁同步电机的磁链方程联立得到的，其电气动态方程为：
[0021][0022]其中，u
d
和u
q
分别为d轴和q轴定子绕组的电压，R
s
为定子绕组的电阻，i
d
和i
q
分别为d轴和q轴定子绕组的电流，L
s
为定子绕组的电感，d/dt为微分算子，ω
e
为电角速度，ψ
f
为永磁体磁链。
[0023]进一步地，所述步骤三中永磁同步电机的机械动态方程为
[0024][0025]其中，J为转动惯量，ω
m
为机械角速度，K
T
＝3p
n
ψ
f
/2为电磁转矩系数，p
n
为极对数，F为粘性摩擦系数，T
m
为负载转矩扰动。
[0026]进一步地，所述步骤三中对机械参数进行辨识和估计包括对转动惯量、粘性摩擦系数以及负载转矩扰动的辨识和估计。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]1、基于两相同步旋转正交坐标系上的电气和机械动态模型，实现对永磁同步电机参数的辨识，以及外部负载扰动的估计。
[0029]2、充分利用d轴电压方程信息，使得辨识算法具有更丰富的激励，从而获得准确的参数估计值。
[0030]3、推导递推最小二乘法的基本方程，并将其应用到永磁同步电机参数辨识和负载
最小。基于Moore
‑
Penrose广义逆(伪逆)矩阵的概念，可得方程(1)的解为
[0047]Θ(k)＝ψ
Γ
(k)y(k)＝[ψ
T
(k)ψ(k)]‑1ψ
T
(k)y(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0048]其中，上标Γ，T和
‑
1分别表示矩阵的伪逆，转置和求逆运算。
[0049]根据当前时刻的Θ(k)，以及下一时刻的ψ(k+1)和y(k+1)，能够优化下一时刻的Θ(k+1)，即
[0050][0051]其中，k+1表示下一时刻。
[0052]定义如下所示的更新矩阵：
[0053]G(k)＝ψ
T
(k)ψ(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0054]其中，G(k)表示更新矩阵。
[0055]联立(2)和(4)可得
[0056]Θ(k)＝G
‑1(k)ψ
T
(k)y(k)＝P(k)ψ
T
(k)y(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0057]其中，协方差矩阵P(k)＝G
‑1(k)。
[0058]联立(3)和(4)可得
[0059][0060]联立(3)，(5)和(6)可得
[0061][0062]其中，P(k+1)＝G
‑1(k+1)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识系统，其特征在于，所述系统包括电角速度模块、低通滤波器、电气RLS模块、电磁转矩模块、单位延迟模块和机械RLS模块；所述电角速度模块用于得到电角速度ω
e
，并将电角速度ω
e
发送到低通滤波器；所述低通滤波器对输入信号进行滤波，得到对应的稳态值，并将稳态值发送到电气RLS模块；所述电气RLS模块根据永磁同步电机的电气动态模型，得到定子绕组的电阻和电感，以及永磁体磁链的估计值和所述电磁转矩模块用于得到电磁转矩T
e
，并将电磁转矩T
e
发送到单位延迟模块；所述单位延迟模块对输入信号进行一个离散周期的延时，得到上一时刻的信号值，并将信号值发送到机械RLS模块；所述机械RLS模块根据永磁同步电机的机械动态模型，得到转动惯量、粘性摩擦系数以及负载转矩扰动的估计值和2.一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，所述方法由一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识系统所执行，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、建立递推最小二乘法基本模型；步骤二、建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的电气动态模型，并对电气参数进行辨识；步骤三、建立永磁同步电机的机械动态模型，并对机械参数进行辨识和估计。3.根据权利要求2所述的一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述步骤一中递推最小二乘法的基本模型方程为：4.根据权利要求2所述的一种基于递推最小二乘法的永磁同步电机参数辨识方法，其特征在于，所述步骤二中对电气参数的辨识是基于电气动态方程的稳态系统进行的，对电气参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海涛，车志远，叶志成，庞玉毅，林岚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：