一种自动化磁链标定方法与流程

1.本发明涉及永磁同步电机磁链标定技术领域。


背景技术：

2.永磁同步电机(pmsm)具有重量轻、体积小、效率高、具有弱磁扩速潜力等诸多 优点，被广泛应用于伺服装置、电动汽车等场合。为了充分利用永磁体材料和空间，在 电机过载时电机往往设计在饱和运行点，而电机磁饱、dq轴互感、温度变化等非线性因 素会严重影响控制系统性能。因此，提前标定出不同dq电流下的电机定子磁链矩阵， 并将其应用在电机控制中是非常必要的。另外对标定过程中如何排除永磁体温度变化等 非线性因素的影响、提高标定的准确性便捷性的研究也是非常必要的。
3.已发表的定子磁链矩阵标定方法主要基于定子电压方程获取电机dq轴磁链：
[0004][0005][0006]
其中ψq＝l
qiq
，ψd＝ldid+ψf，ψd为d轴磁链，ψq为q轴磁链，ψf为永磁体磁链， r,是定子电阻，ld,是d轴电感，lq,是q轴电感，ωe,是电气角频率。
[0007]
针对磁链矩阵的标定，学者们研究的方向有很多：
[0008]
授权公告号为cn109713973b的中国发明专利《永磁同步电机定子磁链矩阵提取方 法及应用》中使用对拖方式标定电机磁链矩阵，核心思路为利用冷态永磁体磁链与当前 热态永磁体磁链差值推算电机温度，再根据电机温度对磁链标定结果进行补偿，该方法 在标定过程中未能对温度进行控制，磁链矩阵中的每个点并非在相同永磁体温度下标定， 存在误差。
[0009]
授权公告号为cn103018577b的中国发明专利《一种测量永磁同步电机参数的方法》 中采用高频电压注入的方式辨识电机参数，但其未考虑电机运行时的磁饱和、dq互感以 及永磁体温度变化等非线性因素影响。
[0010]
授权公告号为cn103560736b的中国发明专利《一种永磁同步电机的静止型离线参 数辨识方法》中通过更改电机绕组的连接方式，获取电机转子位置在90
°
和0
°
时的不 同绕组连接状态下的电压方程，来求取出电机参数，其同样未考虑温度对电机参数的影 响，同时更改电机绕组连接方式也增加了测试的复杂性。
[0011]
因此，如何在标定过程中排除永磁体温度变化等非线性因素的影响、提高标定的准 确性便捷性，从而可以提前标定出不同dq电流下的电机定子磁链矩阵，并将其应用在 电机控制中即成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0012]
本发明针对以上问题，提出了一种自动化磁链标定装置与方法，在磁链标定过程
中， 对永磁体温度进行滞环控制，可以保证磁链矩阵中每个点近乎是在同一温度下测量得到 的，同时可以方便地调整电机所要运行的温度，测试不同温度下的磁链矩阵。
[0013]
本发明的技术方案为：按以下步骤进行：
[0014]
s1、建立对拖平台，将被测电机拖动到某固定转速，转速范围可以选定为0.1vn～vn， 其中vn为电机额定转速，被测电机采用电流矢量闭环控制，先手动标定出反电势、电 阻与电机温度的数值关系，如图1，具体过程如下：
[0015]
s1.1、对被测电机加载，使电机温度上升；
[0016]
s1.2、每隔一定的温度点，使电机空载(id＝0,iq＝0)，此时电压方程为 uq＝ωeψd＝ωeψf，其中ωe为电气角频率、ψf为永磁体磁链、ψd为d轴磁链、uq为反馈 电压，反馈电压uq值即为电机反电势eq值，记录电机反电势eq(uq值)；
[0017]
s1.3、按步骤s1.2中相同的温度点，使用伏安法测量电机定子电阻值，此处不再赘 述；最终得到反电势、电阻与电机温度的数值关系。
[0018]
步骤s1.1对被测电机加载，使电机温度逐渐上升至100℃；步骤s1.2中相邻温度点 的间隔为为10℃。
[0019]
s2、由步骤s1得到了反电势、电阻与电机温度的数值关系，即根据eq值就能确定 电机的温度，构造某温度点对应反电势eq的小范围滞环区间(e
ql
,e
qh
)；区间可以选择 为当前反电势eq的上下10％以内，即0.9eq《e
ql
《eq，eq《e
qh
《1.1eq；
[0020]
s3、此时即可使用本文所提的自动化磁链标定方法，在磁链标定时构建温度的滞环 控制，其过程为：
[0021]
当反电势eq《e
ql
时，对电机空载一定时间，使电机温度下降；
[0022]
当反电势eq》e
qh
时，使电机加载一定时间，使电机温度上升；
[0023]
当e
ql
≤eq≤e
qh
时，对电机进行dq电流给定，记录下反馈电压ud、uq值，根据电 压方程求取当前点的dq轴磁链；
[0024]
s4、改变电流给定的值，重复步骤s3即可标定其他电流点的dq轴磁链，直至所有 电流点标定完成。
[0025]
在以上步骤基础上，也可选取其他温度点对应的eq值，构建温度滞环控制，即通过 改变步骤s2中选取的温度点，并重新进行步骤s3、s4，以获取不同温度下的磁链矩阵。
[0026]
温度滞环控制并不仅仅只能通过反电势eq的数值范围来实施。其它拥有类似温度获 取功能的装置、方法，例如温度传感器等，按上述步骤实施均有可能获得本发明的有益 效果，因此本发明的保护范围不局限于使用上述步骤展示的标定方式。
[0027]
本发明是一种引入温度滞环控制的自动化磁链标定方法，具有以下有益效果：
[0028]
一、本案可以使电机在每个磁链标定点处于相同温度，剔除了温度对标定准确性的 干扰；并可以标定不同温度下的电机磁链矩阵。
[0029]
二、本案中的温度滞环控制基于电机反电势信号构建的，无需温度传感器等设备， 成本低。当然，亦可由温度传感器信号构建温度滞环控制，可达到一样的有益效果。
[0030]
三、本案通过控制器软件或驱动器软件进行滞环控制，实现磁链标定的自动化。
[0031]
最终，即实现了提前标定出不同dq电流下的电机定子磁链矩阵，并将其应用在电机 控制中的目的，并且，标定过程中可有效排除永磁体温度变化等非线性因素的影响、提 高标定的准确性便捷性。
附图说明
[0032]
图1是反电势、电阻与电机温度的数值关系图，
[0033]
图2是标定多拖平台示意图，
[0034]
图3是标定步骤流程图，
[0035]
图4是被测电机q轴磁链图，
[0036]
图5是被测电机d轴磁链图。
具体实施方式
[0037]
为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专 利进行详细阐述。
[0038]
搭建磁链矩阵自动化标定平台，如图2所示。本实施例步骤如下：
[0039]
s1、建立对拖平台，包括原动机、被测电机以及控制器，分别通过两个驱动器对原 动机以及被测电机进行驱动，并且原动机的输出轴和被测电机的输出轴通过联轴器保持 连接，所述控制器通过总线网络连接用于驱动被测电机的驱动器；
[0040]
使用对拖平台将被测电机拖动至转速ω＝500rpm，被测电机为5对极，对应的电气 角频率为ωe＝261.7rad/s；手动测定反电势、电阻与电机温度的数值关系，如图1所示；
[0041]
s2、选定电机在80℃对应的反电势值为e
q0
＝11.6v，此时电机定子电阻值为r0＝2.2ω。 此时选取滞环控制的上下限值分别为e
ql
＝0.98e
q0
＝11.37v，e
qh
＝1.02e
q0
＝11.83v；
[0042]
s3、之后按照图3所示流程，进行温度滞环控制。控制器通过总线网络向驱动器发 送电流给定指令，并接收来自驱动器的反馈数据：
[0043]
当控制器读到反电势eq《e
ql
时，对电机加空载5s，使温度下降；
[0044]
当控制器读到反电势eq》e
qh
时，给电机加额定载5s，使温度上升；
[0045]
当反电势e
ql
≤eq≤e
qh
时，对电机进行dq电流给定，例如需要标定i
d0
＝-0.2i
qn
, i
q0
＝0.4i
qn
电流点的磁链(i
qn
＝2.7a，为电机额定电流)，控制器给电机施加此电流给定；
[0046]
控制器记录下此时的反馈电压u
d0
＝-3v、u
q0
＝14.5v，将u
d0
、u
q0
值代入前述电压 方程，得到：
[0047]ud0
＝r0i
d0-ψ
q0
ωe[0048]uq0
＝r
siq0
+ψ
d0
ωe[0049]
即可得到i
d0
＝-0.2i
qn
,i
q0
＝0.4i
qn
点的磁链：
[0050][0051][0052]
然后控制器软件将计算得到的结果保存至控制器的存储器中。
[0053]
s4、重复步骤s3即可标定出其他电流点的磁链，这样就将80℃下被测电机的dq轴 磁链矩阵标定出来了，如图5所示。
[0054]
以上步骤s3、s4由控制器软件自动操作，不需要人工干预。当然，该流程也可直 接由被测电机驱动器实现。
[0055]
同理也可选定30℃、60℃等其他温度下的eq值构建温度滞环控制。按照上述步骤 即可标定其他温度下的电机磁链矩阵。
[0056]
本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进， 这些改进也应视为本发明的保护范围。