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永磁同步电机参数辨识方法

作者：吴茂刚吴清华

来源：《中国科技博览》2016年第30期

摘要[]常规的永磁同步电机参数辨识方法往往忽略逆变器死区等非线性因素，影响了参数

辨识的精度。为提高电机参数辨识的精度，本文采用无死区逆变器电路辨识电机定子电阻和直

轴电感，采用常规有死区逆变器电路辨识交轴电感，采用基于最小二乘的线性回归法消除逆变

器死区等非线性因素的影响，从而提高交轴电感的辨识精度。实验结果表明，辨识值接近真实

值，证明了方法的有效性。

关键词[]永磁同步电机电阻电感辨识

中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）30-0387-02

引言0

永磁同步电机（permanentmagnetsynchronousmotor，PMSM）广泛应用于要求有良好静

态性能和高动态响应的伺服系统中，高性能永磁同步电机矢量控制系统需要准确的电机参数

[1]，如电流环参数整定、最大转矩电流比控制、弱磁控制和电流解耦控制等。参数辨识方法

分为静态参数辨识和动态参数辨识，区别是电机运行状态不同，静态参数辨识方法相对简单、

适合工程化应用，动态参数辨识方法相对复杂，辨识精度也往往受到局限。目前研究的参数辨

识方法主要有：最小二乘法[2]、扩展Kalman滤波法[3]、模型参考自适应法[4]、人工智能方法

（神经网络[5]、模糊系统[6]、遗传算法[7]等）。本文主要解决静态参数辨识中逆变器死区等

非线性因素对辨识精度的影响，而在常规辨识方法中往往会忽略该因素的影响。常规辨识方法

采用直流实验法定子相电阻。方法是施加直轴电压矢量，待电机定子电流进入稳态，由直轴电

压与直轴电流比值计算定子电阻。因逆变器死区等非线性因素，实际电压小于给定电压，因而

计算值偏大。常规辨识方法采用直流衰减法辨识定子直轴电感。基本原理是通过特定的回路连

接对电机加入直流电压激励，然后记录电流通过电阻的衰减曲线完成对电机参数的辨识。不足

之处是，对于测试电路有特定的要求，有时候还需要接入特定的测量仪器来辅助完成测试。常

规方法通过外力将电机转子锁定，然后采用直流衰减法辨识定子交轴电感。基本原理类似直轴

电感辨识。不足之处是，需要用外部装置并对测试条件有严格要求。本文采用无死区逆变器电

路辨识电机定子电阻和直轴电感。逐步提高PWM占空比调节直轴输出电压，检测直轴电流，

当直轴电流达到额定值，确定出对应的直轴电压。在额定电流点采用直流法计算电阻，产生从

零到额定电流的电压阶跃，采用阶跃响应法计算直轴电感。由于无死区逆变器电路无法合成交

轴电压，采用常规有死区逆变器电路辨识电机定子交轴电感。采用基于最小二乘的线性回归法

消除逆变器死区等非线性因素影响，计算交轴电感。

1PMSM参数辨识模型

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在转子磁场定向的旋转dq轴坐标系，转子锁止状态下PMSM电压方程式[5]为

（1）

式中，ud、uq、id、和iq分别为定子电压和电流矢量在dq轴上的分量，Rs为相绕组电

阻，Ld、Lq为三相定子绕组在dq轴上的等效电感。

由d轴电压方程，以id为输出ud为输入的传递函数为

（2）

式中，Td=Ld/Rs，为d轴电气时间常数。

上式为一阶惯性环节，输入电压阶跃，电流响应方程为

（3）

同理可得，

（4）

电流指数曲线包含了定子电阻Rs、直轴电感Ld和交轴电感Lq参数信息。

参数辨识方法2

为了避免IGBT死区设置引起的逆变器输出电压误差，采用如下图所示PWM辨识电路，

VT1施加PWM信号，开关管VT6、VT2导通，VT3、VT5、VT4关断。逆变电路有两种工作

状态：VT1施加PWM信号，和VT1施加关断信号。

VT1施加PWM信号，产生有效电压矢量V4，即施加直轴电压ud，ud与PWM占空比的

计算式为

（5）

式中，Udc为母线电压