智能电机控制模块，实现永磁同步电机参数识别

文章作者:Jia Li

摘要永磁同步电机具有良好的机械动力学性能和较高的效率和功率密度，在工业应用中得到广泛应用。在PMSM中，矢量控制包括电流环以及机械、电气、速度和位置环。然而，建立正确的永磁同步电机控制系统数学模型需要精确的机械参数。

数据表并不总是可用的，即使它们是可用的，它们通常也不会考虑每台机器所遇到的操作条件。解决这一困境的简单方法是使用智能电机控制模块。智能电机的算法应该基于递归最小二乘算法，并添加遗忘因子，使其能够实时修改和监测PMSM的变化

本文提出了利用智能电机控制模块对永磁同步电动机进行基于rls的电机参数识别的解决方案。它还将演示对控制回路有影响的其他参数。

永磁同步电机的磁场定向控制

通常采用磁场定向控制来驱动永磁同步电机，以提高其动态响应，充分发挥电机的潜力。其基本目标是分别控制磁通和转矩。根据Clarke和Park变换，同步旋转Q-D坐标系下的PMSM模型可由式1-4计算得到:

其中下标Q和D分别表示Q轴变量和D轴变量。l_年代这台机器的自感和L_米是这台机器的互感。

为了进一步简化控制，当转子磁链为零时，转子磁链应对准d轴。q轴和d轴的通量分别由式5和式6估计:

电磁转矩可按式7计算:

根据上述方程的变换步骤，磁通量可以由d轴电流直接控制。用一个常数I_DS，扭矩(T_E)可通过操纵q轴电流直接控制。如果我_DS= 0时，则电磁转矩与I成正比_QS。

图1通过上述推导，可以得到永磁同步电动机的FOC。来源:独立电力系统

外环参考可以是所需的扭矩、机器转速或某些轴的位置。它与测量的变量进行比较，并将误差反馈给控制器(最常见的是PI控制器)，以产生命令转矩电流(I_Q-REF)。

d轴电流参考(I_D-REF)根据磁通要求设置。电流调节器和控制器的输出(V_Q-REF和V_D-REF)为空间矢量脉宽调制(SVPWM)的输入。SVPWM模块产生门信号，供逆变器驱动PMSM。

为了使永磁同步电机的动态性能达到要求，智能电机控制模块可以提供具有自动调整功能的可控制参数。智能电机控制模块可以根据给定的带宽要求自动调整每个PI控制器。

对于电流环，开环传递函数可由式8估计:

在电流带宽等于S = jω的情况下，可根据定子电阻和电感计算PMSM控制参数KP和KI。

与当前环类似，外环开环函数可由式9计算:

其中kt为机械扭矩常数，J为惯性，B为摩擦系数。

由式9可知，外环控制参数可由机床扭矩常数(kt)、惯量(J)、摩擦系数(B)计算得到。

递归最小二乘算法

RLS是最小二乘回归算法的递归应用。每次迭代都会获取新的数据来修改系统之前的估计。

系统输出(y(t))可由式10计算:

其中ϕ是系统输入矩阵，θ是PMSM系统参数。

用θ^表示估计的系统参数。目标函数，或意味着最小化或最大化的术语，可以用公式11来估计:

P和L的新矩阵分别由公式12和13计算得到:

RLS参数辨识方案由式14-18估计:

在算法中加入遗忘因子使该方案能够处理时变系统。遗忘因素数据的权重取决于数据的历史，因为旧数据对当前迭代的影响较小。对于算法，最新的数据被赋予最大的权重。遗忘因子(λ)在0到1之间。新的目标函数可由式19估计:

利用公式19中的新目标函数，第n个最古老的数据的权值为λⁿ。带遗忘因子格式的递推最小二乘可以用公式20-24计算:

下一个页面:实验结果