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专利号: 201610512256X
申请人: 河南工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-05-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,采集PMSM的d-q轴系上的定子电压ud、uq,定子电流id、iq及PMSM驱动系统转子电气角速度ωe,建立d-q轴系上用于永磁体磁链辨识的PMSM状态方程,实现基于无迹卡尔曼滤波算法的PMSM永磁体磁链辨识精度的参数敏感性分析,基于分析结果确定PMSM驱动系统不同转速区的基于双无迹卡尔曼滤波算法的永磁体磁链满秩辨识方法,实现测量噪声、永磁同步电机参数变化及辨识模型欠秩约束下的永磁体磁链高精度辨识、在线辨识和满秩辨识;其步骤如下:步骤一、采集PMSM的d-q轴系上的定子电压ud和uq,定子电流id和iq及PMSM驱动系统转子电气角速度ωe;

步骤二、建立d-q轴系上的PMSM状态方程,基于无迹卡尔曼滤波算法实现PMSM永磁体磁链辨识,分析PMSM驱动系统不同运行工况下,定子电阻Rs、d-q轴定子电感Ld和定子电感Lq变化对永磁体磁链辨识精度的影响,实现基于无迹卡尔曼滤波算法的永磁体磁链辨识精度的参数敏感性分析;

步骤三、根据步骤二结果,在PMSM驱动系统低速运行区,将d-q轴定子电感Ld、Lq联合辨识与定子电阻Rs、永磁体磁链ψf联合辨识相结合、互为更新,在辨识方程满秩状态下,消除定子电阻Rs与d-q轴定子电感Ld及定子电感Lq变化对永磁体磁链估计精度的影响;在PMSM驱动系统中速和高速运行区,采用永磁体磁链ψf辨识与d-q轴定子电感Ld和定子电感Lq联合辨识相结合,在辨识方程满秩状态下,消除d-q轴定子电感Ld和定子电感Lq变化对永磁体磁链辨识精度的影响。

2.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述PMSM的d-q轴系上定子电压ud和uq,定子电流id和iq的获取方法为:采样PMSM的定子线电压uab、ubc,三相电流ia、ib、ic,并通过坐标变换获得,坐标变换矩阵分别为:式中,θ为转子磁链位置角。

3.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述PMSM的d-q轴系上定子电压ud和uq,定子电流id和iq的获取方法为:直接采用PMSM驱动系统控制器计算出来的d-q轴电压指令值 和 代替d-q轴定子电压ud和uq,d-q轴电流指令值 代替d-q轴定子电流id和iq。

4.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述PMSM驱动系统转子电气角速度的获取方法是通过增量式光电编码器获得,步骤为:(1)在t1和t2相邻采样时刻采样PMSM的d-q轴上光电旋转编码器发出的脉冲数N1、N2,采样时刻t1和t2之差为采样周期T;

(2)根据转子电气角速度ωe与光电旋转编码器脉冲采样值N1、N2以及采样周期T之间的关系计算转子电气角速度ωe,其表达式为:式中,M为光电旋转编码器一周的脉冲数,p为永磁同步电机极对数。

5.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述d-q轴系上用于实现永磁体磁链辨识的PMSM状态方程的方法是:式中,ud和uq分别表示d-q轴定子电压,id和iq分别表示d-q轴定子电流,Ld和Lq分别表示d-q轴定子电感;Rs表示定子电阻,ψf表示永磁体磁链、ωe表示转子电气角速度;

PMSM状态方程中,状态向量为:x=[id iq ψf]T,输入量为:u=[ud/Ld uq/Lq]T,输出量为:y=[id iq]T。

6.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述基于无迹卡尔曼滤波算法实现PMSM永磁体磁链辨识的方法是:将实现永磁体磁链辨识的PMSM状态方程描述为非线性系统的一般形式,状态方程和离散化的测量方程表示为:式中,x(t)为系统状态向量,y(tk)为输出量,f(·)表示系统状态转移方程,h(·)表示系统测量方程,σ(t)为考虑模型不确定性和测量不确定性的过程噪声,μ(tk)为考虑模型不确定性和测量不确定性的测量噪声,σ(t)的方差矩阵为Q(t),μ(tk)的方差矩阵为R(t),u(t)为确定性输入向量,B表示控制矩阵;

将上述PMSM状态方程、状态向量、输入向量、输出向量代入无迹卡尔曼滤波算法中,实现基于无迹卡尔曼滤波算法的状态向量递推,即可实现PMSM永磁体磁链的在线辨识,步骤为:(1)状态向量初始化

根据先验知识设定过程噪声协方差矩阵Q和测量噪声协方差矩阵R初值,初始化状态向量 初始化状态误差方差矩阵(2)Sigma点计算

在每个采样周期内通过 计算Sigma

点(k=1,2,···,∞),获得一个n×(2n+1)的Sigma点矩阵;其中:χk-1为Sigma点矩阵,Pk-1分别表示为上一时刻状态向量的预测均值和协方差,n为状态向量维数,λ=α2(n+b)为比例参数,α为Sigma点在状态变量均值附近的散布程度,b为尺度系数;

(3)时间更新

通过离散化的系统状态方程实现Sigma点传递:即 根据传递

结果获得状态向量的预测均值及协方差:

其中,Wi(c)表示状态向量的均值权重,Wi(m)表

示状态向量的协方差权重,Wi(c)和Wi(m)的数量关系为:

(4)测量更新

根据 系统测 量数 据,通 过公式

即可实现状态向量的一步预测

更新与卡尔曼增益更新,获得状态向量及方差矩阵的最优估计;其中,H表示测量矩阵,Kk表示卡尔曼增益;

令k=k+1,重复步骤(2)-(4),实现状态向量的迭代输出。

7.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述实现基于无迹卡尔曼算法的PMSM永磁体磁链辨识精度的参数敏感性分析的方法是:确定受系统运行工况及运行温升影响的PMSM定子电阻Rs、d轴定子电感Ld和q轴定子电感Lq的变化范围,并在此范围内分析不同系统工况下基于无迹卡尔曼滤波算法的永磁体磁链辨识误差。

8.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述PMSM驱动系统低速运行区域内,满秩辨识方程为:

9.根据权利要求1所述的PMSM永磁体磁链满秩辨识方法,其特征在于,所述PMSM驱动系统中、高速运行区域内,满秩辨识方程为: