永磁同步電機(jī)靜止參數(shù)辨識(shí)及電流環(huán)控制器自動(dòng)參數(shù)整定

孟柳， 章回炫，2， 范濤，2

(1.中國(guó)科學(xué)院 電工研究所， 北京 100190； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

0 引言

永磁同步電機(jī)因其高功率密度、高效率、高可靠性和寬調(diào)速范圍等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)、航空航天及電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。工程中常用的控制方法是基于數(shù)字PI控制器的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，其中電流環(huán)作為控制系統(tǒng)的最內(nèi)環(huán)是整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

一般情況下，控制系統(tǒng)在匹配新的電機(jī)平臺(tái)時(shí)需要進(jìn)行控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使電機(jī)平臺(tái)能夠順利啟動(dòng)并初步達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的能力，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行后續(xù)功能的開(kāi)發(fā)及優(yōu)化。此過(guò)程可以稱之為控制系統(tǒng)的初始化過(guò)程，通常情況下該項(xiàng)工作需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，尤其是當(dāng)電機(jī)參數(shù)未知時(shí)，該過(guò)程可能需要工程師花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。

由于電流環(huán)控制器的控制參數(shù)主要依賴于電機(jī)參數(shù)，辨識(shí)出電機(jī)參數(shù)后結(jié)合電流環(huán)控制器參數(shù)整定方法可以實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自動(dòng)整定。由此不僅可以節(jié)省控制系統(tǒng)的初始化時(shí)間，還能使控制系統(tǒng)在匹配不同電機(jī)平臺(tái)時(shí)都能具有良好的控制性能[1-4]。因此對(duì)電機(jī)進(jìn)行初始參數(shù)辨識(shí)顯得尤為重要。

電流環(huán)設(shè)計(jì)用到的主要電機(jī)參數(shù)包括定子電阻和交直軸電感。定子電阻的傳統(tǒng)測(cè)量方法包括交流靜態(tài)法、直流暫態(tài)法、直接負(fù)載法等，這些方法通常需要借助電橋等外部?jī)x器或電路進(jìn)行人工電阻測(cè)量[5-6]，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員也有一定要求，不利于提高系統(tǒng)的通用性及辨識(shí)效率。與此相比采用伏安法辨識(shí)電阻的實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單方便，只需向轉(zhuǎn)子方向注入一定幅值的電壓，等待電流穩(wěn)定后即可計(jì)算出定子電阻值[7]。但由于注入的電壓值較小，受死區(qū)影響較大，因此本文采用兩點(diǎn)式伏安法辨識(shí)電阻消除了死區(qū)帶來(lái)的影響，提高了辨識(shí)精度[8-9]。

交直軸電感辨識(shí)常用的方法是電壓階躍響應(yīng)法及高頻注入法，其中電壓階躍響應(yīng)法需要分別向交直軸方向注入恒定的電壓，檢測(cè)電流上升過(guò)程，此方法在辨識(shí)過(guò)程中可能會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，且電感的辨識(shí)結(jié)果受電阻值影響會(huì)將電阻辨識(shí)結(jié)果中的誤差帶入電感值中[10-12]。本文采用的高頻注入法由于注入的電壓信號(hào)頻率較高，且其電壓平均值為0 V，不會(huì)引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)合離散傅里葉變換檢測(cè)電流幅值來(lái)計(jì)算電感值，使辨識(shí)算法較為簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)[8，13-14]。

對(duì)于電流環(huán)控制器參數(shù)整定的方法，本文闡述了基于電流環(huán)零極點(diǎn)相消的控制器參數(shù)整定方法[15-18]。該方法在獲得電機(jī)參數(shù)后，結(jié)合設(shè)定的期望開(kāi)環(huán)截止頻率即可實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自動(dòng)整定。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性及通用性。

1 永磁同步電機(jī)靜止參數(shù)辨識(shí)

1.1 定子電阻辨識(shí)

對(duì)永磁同步電機(jī)定子電阻辨識(shí)采用的是兩點(diǎn)式伏安法。電機(jī)的直軸電壓方程為

(1)

式中：Ud為直軸d電壓幅值；R為定子電阻；id、iq分別為直軸d、交軸q的電流幅值；Ld、Lq分別為直軸、交軸電感值；ωe為同步角速度。

采用伏安法辨識(shí)電阻時(shí)，是對(duì)永磁同步電機(jī)的三相繞組施加一個(gè)較低的直流脈沖電壓，當(dāng)注入電壓方向與電機(jī)直軸方向相同時(shí)，電機(jī)中不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，也不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)的直軸電壓方程可以表示為

(2)

受系統(tǒng)中電感的作用三相電流會(huì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)響應(yīng)電流穩(wěn)定后，根據(jù)指令電壓值和響應(yīng)電流值可以得到電阻的辨識(shí)值。

圖1所示為靜止參數(shù)辨識(shí)原理框圖，其中虛線區(qū)域?yàn)槎ㄗ与娮璞孀R(shí)部分。圖1中，Uq為交軸電壓幅值；dq表示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；αβ表示兩相靜止坐標(biāo)系；SVPWM表示空間矢量脈寬調(diào)制；abc表示三相靜止坐標(biāo)系；ia、ib、ic為三相交流電流幅值。

實(shí)驗(yàn)中給定一個(gè)恒定的直流電壓UDC，令Ud=UDC，等待電流穩(wěn)定后記錄響應(yīng)電流穩(wěn)態(tài)值idf，由此定子電阻可以表示為

(3)

由于逆變器無(wú)法提供恒定的直流電壓，實(shí)際是通過(guò)給定恒定占空比對(duì)母線電壓進(jìn)行高頻斬波獲得的等效直流電壓。永磁同步電機(jī)定子電阻一般較小，為了避免產(chǎn)生過(guò)大電流，通常所需的直流電壓值較小，而直流母線電壓較高，脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)的占空比很小，此時(shí)由于死區(qū)時(shí)間帶來(lái)的影響較為明顯。

受死區(qū)影響，逆變器實(shí)際輸出電壓與期望輸出電壓之間存在一個(gè)誤差Δu，由于輸出電壓是直流且穩(wěn)定情況下系統(tǒng)模型是線性的，誤差電壓Δu可以認(rèn)為是一個(gè)恒定值，因此采用兩點(diǎn)式伏安法辨識(shí)電阻值為

(4)

式中：UDC1、UDC2分別為直軸注入的兩次直流電壓指令值；idf1、idf2分別為兩次直軸響應(yīng)的電流值；Ud1、Ud2分別為兩次直軸注入的實(shí)際直流電壓幅值。

由(4)式可知，通過(guò)注入兩個(gè)幅值不等的直流電壓，根據(jù)電壓差值和響應(yīng)電流的差值來(lái)辨識(shí)電阻，可以消除死區(qū)對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響。

伏安法辨識(shí)電阻時(shí)系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)狀態(tài)且注入的電壓為脈沖電壓，考慮到不同的電機(jī)電阻值不同，注入同一個(gè)電壓值得到的響應(yīng)電流值也不同，過(guò)大的電流值可能對(duì)控制器及電機(jī)造成傷害，而過(guò)小的電流值可能影響辨識(shí)精度。因此本文為了提高系統(tǒng)的通用性及辨識(shí)效率，根據(jù)響應(yīng)電流的實(shí)時(shí)值自動(dòng)調(diào)整注入的電壓值，確保最終辨識(shí)電阻時(shí)所用的響應(yīng)電流值在一個(gè)合理的范圍，辨識(shí)流程如圖2所示，初始給定的兩個(gè)電壓指令中第1個(gè)電壓指令大于第2個(gè)電壓指令。圖2中USD、USI分別表示電壓指令減小和電壓指令增大步長(zhǎng)，Idmax、Idmin分別表示設(shè)定得電流上限值和電流下限值。

圖2 定子電阻辨識(shí)流程圖Fig.2 Flow chart of stator resistance identification

1.2 等效電感辨識(shí)

本文采用高頻注入法辨識(shí)永磁同步電機(jī)的交直軸等效電感。辨識(shí)過(guò)程中分別向電機(jī)的交直軸注入高頻電壓信號(hào)，根據(jù)注入電壓的幅值、頻率和響應(yīng)的電流幅值來(lái)辨識(shí)相應(yīng)的電感值。永磁同步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程為

(5)

式中：ψf為永磁體磁鏈。

由于注入的高頻信號(hào)頻率較高且電流均值為0 A，辨識(shí)過(guò)程中電機(jī)保持靜止，考慮到電阻項(xiàng)很小，在此可以忽略不記，因此電壓方程可以簡(jiǎn)化為

(6)

以直軸為例，注入如下形式的高頻電壓信號(hào)

(7)

式中：Udh、ωdh分別為直軸注入高頻電壓信號(hào)的幅值和頻率。得到的響應(yīng)電流為

(8)

式中：Idh為直軸響應(yīng)電流的幅值。

如圖1中點(diǎn)橫線區(qū)域?yàn)殡姼斜孀R(shí)部分，根據(jù)電壓方程表達(dá)式，已知注入的電壓幅值及頻率只需獲得響應(yīng)的交流電流幅值即可直接計(jì)算電感值，由此直軸電感表達(dá)式為

(9)

同理，交軸電感表達(dá)式為

(10)

式中：Uqh、ωqh分別為交軸注入高頻電壓信號(hào)的幅值和頻率；Iqh為交軸響應(yīng)電流的幅值。

考慮到采樣得到的電流值為離散量，本文采用離散傅里葉變換求得電流信號(hào)的基波幅值，對(duì)電流的一個(gè)周期進(jìn)行N次采樣，根據(jù)(11)式計(jì)算基波電流信號(hào)的實(shí)部a1和虛部b1，再通過(guò)(12)式來(lái)計(jì)算電流幅值M.

(11)

(12)

交軸電感的辨識(shí)流程與直軸類似，在交軸注入高頻電壓信號(hào)，根據(jù)離散傅里葉變換求得響應(yīng)電流的基波幅值，再根據(jù)注入頻率及電壓和電流的幅值計(jì)算交軸電感值。

2 永磁同步電機(jī)電流環(huán)自動(dòng)參數(shù)整定

2.1 電流環(huán)數(shù)學(xué)模型

永磁同步電機(jī)電流環(huán)系統(tǒng)通常包括電流環(huán)控制器、逆變器、電機(jī)模型以及電流濾波器。其中電流環(huán)控制器一般采用PI控制器，其傳遞函數(shù)為

(13)

式中：Kp為PI調(diào)節(jié)器的比例增益；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；s為拉普拉斯算子。在工程設(shè)計(jì)中通常將PI控制器表達(dá)式等效為

(14)

式中：Ki為積分增益系數(shù)，Ki=Kp/Ti.

對(duì)逆變器環(huán)節(jié)作1階慣性環(huán)節(jié)與比例環(huán)節(jié)直接串聯(lián)處理，其傳遞函數(shù)為

(15)

式中：KPWM為逆變器的放大倍數(shù)，其定義為實(shí)際輸出電壓與給定電壓的比值，當(dāng)前的數(shù)字控制系統(tǒng)中通常采用SVPWM控制，逆變器輸出電壓與給定電壓相等，故KPWM=1；TPWM為逆變器的控制周期。

根據(jù)(5)式所示電壓方程，以交軸為例，永磁同步電機(jī)的傳遞函數(shù)為

(16)

為了提高系統(tǒng)的控制性能，電流環(huán)中的電流反饋還會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波環(huán)節(jié)，濾波器的傳遞函數(shù)為

(17)

式中：Tcf為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)。

綜上所述，永磁同步電機(jī)的電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。圖3中，iq,r為交軸電流指令值。

圖3 永磁同步電機(jī)電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖Fig.3 Block diagram of PMSM current loop control structure

此時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

(18)

2.2 電流環(huán)控制器參數(shù)整定

由電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式可知，當(dāng)ω為開(kāi)環(huán)截止頻率ωc時(shí)，得

|Gcl(jωc)|=1,

(19)

式中：j為虛數(shù)。

由于系統(tǒng)中1/TPWM和1/Tcf的值遠(yuǎn)大于電流環(huán)的開(kāi)環(huán)截止頻率，故電流環(huán)中的逆變器和電流濾波器對(duì)系統(tǒng)中、低頻段響應(yīng)特性的影響可以忽略不計(jì)，此時(shí)電流環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為

(20)

電流環(huán)作為永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的最內(nèi)環(huán)，其控制性能直接影響系統(tǒng)最終的控制效果，為保證永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，要求電流環(huán)在穩(wěn)態(tài)時(shí)保證無(wú)靜差，動(dòng)態(tài)時(shí)對(duì)電流指令具有良好的響應(yīng)速度。根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，典型Ⅰ型系統(tǒng)只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。同時(shí)由于電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)Tl=Lq/R通常較大，為了盡可能削弱大慣性環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，在工程設(shè)計(jì)中，通常用電流環(huán)控制器的零點(diǎn)對(duì)消掉被控對(duì)象中較大時(shí)間常數(shù)的極點(diǎn)，將電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，則

(21)

再根據(jù)(19)式得到電流環(huán)控制器參數(shù)為

Kp=Lqωc,
Ki=Rωc.

(22)

由(22)式可知，已知電機(jī)參數(shù)后，只需要根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)定系統(tǒng)期望開(kāi)環(huán)截止頻率，即可實(shí)現(xiàn)電流環(huán)控制器參數(shù)的自動(dòng)整定。

工程中通常取系統(tǒng)閉環(huán)帶寬ωb近似為開(kāi)環(huán)截止頻率的1.1～1.4倍，同時(shí)為避免逆變器開(kāi)關(guān)諧波對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，電流環(huán)的閉環(huán)帶寬要小于系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率的1/10[15]，因此

(23)

(24)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證本文控制算法的有效性及通用性，分別在兩組不同的永磁同步電機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖4和圖5所示為25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。兩組實(shí)驗(yàn)平臺(tái)均包括2臺(tái)對(duì)拖的永磁同步電機(jī)，其中一臺(tái)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，一臺(tái)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩。

圖4 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.4 Experimental platform of 25 kW PMSM

圖5 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.5 Experimental platform of 20 kW PMSM

在兩組實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，均將其中控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的永磁同步電機(jī)作為被辨識(shí)和控制的對(duì)象。2臺(tái)被辨識(shí)的電機(jī)參數(shù)分別如表1和表2所示，其中電機(jī)的定子電阻和交直軸電感值為電機(jī)的設(shè)計(jì)值，可作為辨識(shí)結(jié)果的參考，實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率均為10 kHz.

表1 25 kW永磁同步電機(jī)參數(shù)表Tab.1 Parameters of 25 kW PMSM

表2 20 kW永磁同步電機(jī)參數(shù)表Tab.2 Parameters of 20 kW PMSM

首先在25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先對(duì)電機(jī)的定子電阻進(jìn)行辨識(shí)，整個(gè)辨識(shí)時(shí)間大致為2.5 s. 如圖6(a)所示，實(shí)驗(yàn)中分別向直軸施加兩次幅值不等的電壓信號(hào)，初次給定電壓信號(hào)UDC1=3.5 V，第2次給定的電壓信號(hào)UDC2=3 V，兩次注入電壓持續(xù)時(shí)間均為0.3 s. 圖6(b)為響應(yīng)電流波形，等待電流值趨于穩(wěn)定后，分別測(cè)量并記錄兩次電流幅值。如圖7所示，根據(jù)兩次注入的電壓值和響應(yīng)電流穩(wěn)態(tài)幅值計(jì)算得被辨識(shí)電機(jī)電阻值為6.2 mΩ.

圖6 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上辨識(shí)定子電阻時(shí)直軸電壓和電流波形Fig.6 Direct-axis voltage and current waveforms for stator resistance identification on 25 kW PMSM experimental platform

圖7 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上定子電阻辨識(shí)結(jié)果Fig.7 Identified results of stator resistance on 25 kW PMSM experimental platform

辨識(shí)等效交直軸電感時(shí)，分別向直軸和交軸方向注入高頻電壓信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中注入電壓信號(hào)的頻率均為250 Hz，注入信號(hào)持續(xù)時(shí)間均為0.5 s，辨識(shí)直軸電感值時(shí)注入的電壓信號(hào)幅值為20 V，辨識(shí)交軸電感值時(shí)注入的電壓信號(hào)幅值為40 V. 圖8為辨識(shí)直軸電感時(shí)向直軸注入的正弦電壓波形和響應(yīng)電流波形，辨識(shí)得到的直軸電感值為119 μH(見(jiàn)圖9)；圖10為辨識(shí)交軸電感時(shí)向交軸注入的正弦電壓波形和響應(yīng)電流波形，辨識(shí)得到的交軸電感值為394 μH(見(jiàn)圖11)。

圖8 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上辨識(shí)直軸電感時(shí)電壓和電流波形Fig.8 Voltage and current waveforms for direct-axis inductance identification on 25 kW PMSM experimental platform

圖9 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上直軸電感辨識(shí)結(jié)果Fig.9 Identified results of direct-axis inductance on 25 kW PMSM experimental platform

圖10 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上辨識(shí)交軸電感時(shí)電壓和電流波形Fig.10 Voltage and current waveforms for quadrature-axis inductance identification on 25 kW PMSM experimental platform

圖11 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上交軸電感辨識(shí)結(jié)果Fig.11 Identified results of quadrature-axis inductance on 25 kW PMSM experimental platform

實(shí)驗(yàn)中為了增加辨識(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過(guò)離散傅里葉變換計(jì)算電流幅值時(shí)，隨機(jī)選取4個(gè)電流周期分別計(jì)算電流幅值，再對(duì)這4個(gè)電流幅值求平均后，結(jié)合注入電壓信號(hào)幅值及注入信號(hào)頻率計(jì)算電感值。

在辨識(shí)得到電機(jī)的定子電阻和交直軸電感值后，采用電流環(huán)控制器參數(shù)整定方法對(duì)電流環(huán)所用PI控制器參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)整定，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，設(shè)置電流環(huán)系統(tǒng)的期望截止頻率為200 Hz，結(jié)合辨識(shí)結(jié)果計(jì)算得到控制器參數(shù)Kp=0.32，Ki=7.75，這里用到的電感值為平均電感值。

圖12所示為25 kW永磁同步電機(jī)運(yùn)行于500 r/min時(shí)階躍給定交軸電流指令50 A的電流響應(yīng)波形，根據(jù)波形圖可以看到響應(yīng)電流的響應(yīng)速度較快且基本無(wú)超調(diào)，響應(yīng)值與指令值之間無(wú)靜差。

圖12 25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上交軸電流階躍響應(yīng)波形Fig.12 Quadrature-axis current step response waveform on 25 kW PMSM experimental platform

在20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，同樣先進(jìn)行定子電阻辨識(shí)。如圖13所示，實(shí)驗(yàn)中初次給定電壓信號(hào)UDC1=6.5 V，第2次給定的電壓信號(hào)UDC2=6 V，兩次注入電壓持續(xù)時(shí)間均為3 s，辨識(shí)結(jié)果如圖14所示，計(jì)算得到被辨識(shí)電機(jī)電阻值為13.2 mΩ.

圖13 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上辨識(shí)定子電阻時(shí)直軸電壓和電流波形Fig.13 Voltage and current waveforms for stator resistance identification on 20 kW PMSM experimental platform

圖14 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上定子電阻辨識(shí)結(jié)果Fig.14 Identified results of stator resistance on 20 kW PMSM experimental platform

圖15～圖18為辨識(shí)等效交直軸電感的實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)中注入電壓信號(hào)幅值與頻率均與25 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)相同，但由于兩臺(tái)被測(cè)電機(jī)的電感值不同，其對(duì)應(yīng)的高頻響應(yīng)電流幅值也不同，計(jì)算可得20 kW永磁同步電機(jī)的交直軸電感辨識(shí)結(jié)果分別為170 μH和250 μH.

圖16 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上直軸電感辨識(shí)結(jié)果Fig.16 Identified results of direct-axis inductance on 20 kW PMSM experimental platform

圖17 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上辨識(shí)交軸電感時(shí)電壓和電流波形Fig.17 Voltage and current waveforms for quadrature-axis inductance identification on 20 kW PMSM experimental platform

圖18 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上交軸電感辨識(shí)結(jié)果Fig.18 Identified results of quadrature-axis inductance on 20 kW PMSM experimental platform

同樣根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行電流環(huán)控制器參數(shù)的整定，電流環(huán)的期望截止頻率設(shè)為200 Hz，得到控制器參數(shù)Kp=0.26，Ki=16.6. 如圖19所示為20 kW永磁同步電機(jī)運(yùn)行于400 r/min時(shí)，交軸電流指令從0 A升至20 A再升至40 A的電流響應(yīng)波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法同樣可以使20 kW永磁同步電機(jī)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和良好的控制性能。

圖19 20 kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上交軸電流階躍響應(yīng)波形Fig.19 Quadrature-axis current step response waveform on 20 kW PMSM experimental platform

4 結(jié)論

本文結(jié)合電機(jī)靜止參數(shù)辨識(shí)方法及電流環(huán)控制器參數(shù)自動(dòng)整定方法，在電機(jī)靜止條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)定子電阻及等效交直軸電感的辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)得到的電機(jī)參數(shù)自動(dòng)整定出可以直接用于電機(jī)控制的電流環(huán)控制器參數(shù)。得到主要結(jié)論如下：

1)本文方法邏輯清晰，實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，不需要額外的輔助工具。

2)采用本文方法可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)電機(jī)控制器應(yīng)用于不同電機(jī)平臺(tái)時(shí)都能夠具有相對(duì)較好地控制效果，能更快更好地實(shí)現(xiàn)控制器的初始化。

3)實(shí)驗(yàn)分別在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文方法的有效性及通用性。