基于仿射投影算法的永磁电机参数在线辨识

摘要

永磁同步电机由于具有高效率、高功率因数和较好的动态响应速度等优势而被越来越广泛地应用到各个领域。对于永磁同步电机矢量控制系统而言，控制器的设计是十分重要的，而电机参数的准确与否直接决定了控制器的性能。但是电机的参数往往会随着电机运行状态的改变而发生变化。例如，电机定子电阻和转子磁链会随着电机温度的改变而发生变化；电机电感会随着电机铁心磁饱和程度的改变而发生变化。为了可以准确获得这些信息，对电机参数进行在线辨识是十分必要的。同时在一些运行状态下，传统的参数辨识算法存在输出结果波动较大甚至不收敛的现象。因此，本文对基于变步长仿射投影算法的参数辨识策略和基于方波电流注入的参数辨识方案进行了研究。
　　在分析永磁同步电机参数在线辨识技术和矢量控制技术发展现状的基础上，建立了永磁同步电机数学模型。在此基础上，根据参数辨识方程组矩阵的特性，论证了采用改进的基于仿射投影算法的参数辨识策略和基于方波电流注入的参数辨识方案的必要性和优越性。
　　为了解决传统参数辨识算法存在的收敛性较差的问题，对基于变步长仿射投影算法的参数辨识策略进行研究。针对电机运行状态发生变化之后引起的参数辨识结果不收敛的问题，引入算法步长选取判定原则，从而保证了在任何运行状态下参数辨识结果的收敛性。通过使用电机的转速和电流信号来进行算法步长的判定，可以减小人工选取算法步长的风险，提高参数辨识方案的可靠型。并对所提出方法的稳定性进行分析，阐明了算法步长的判定方法。
　　为了进一步提高参数辨识的精度，研究基于方波电流信号注入的参数辨识方案。在分析固定部分参数和逆变器非线性对于电机参数在线辨识影响的基础上，讨论了信号注入的必要性和注入信号的选取形式。分析了信号注入对于参数辨识算法输出结果的影响，给出了注入电流信号幅值的取值范围。
　　最后，在Matlab/Simulink仿真平台和2.2kW永磁同步电机对拖实验平台上，验证了所研究的参数辨识策略的性能。分别在变负载和变转速情况下，使用基于传统仿射投影法的参数辨识策略和基于变步长仿射投影法的策略进行了对比实验，验证了改进的辨识算法的有效性。同时，还使用方波电流信号注入的形式和非注入的形式进行了对比实验，验证了该种辨识方式可以有效地提高参数辨识的精度。根据实验结果，对研究的两种策略进行对比分析。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 论文的主要研究内容

第2章 永磁电机数学模型及矢量控制策略分析

2.1 引言

2.2 永磁同步电机数学模型分析

2.3 具有参数辨识的永磁电机矢量控制系统

2.4 基于矢量控制系统的参数辨识仿真分析

2.5 本章小结

第3章 基于变步长仿射投影算法的参数在线辨识研究

3.1 引言

3.2 离散域参数辨识模型构建

3.3 参数在线辨识变步长仿射投影算法

3.4 变步长仿射投影算法收敛性分析

3.5 基于变步长仿射投影法的参数辨识仿真分析

3.6 本章小结

第4章 方波电流信号注入的参数辨识方法研究

4.1 引言

4.2 永磁电机参数在线辨识误差分析

4.3 基于方波电流信号注入的参数辨识方法

4.4 方波电流信号注入参数辨识方法仿真分析

4.5 本章小结

第5章永磁同步电机参数在线辨识实验

5.1 引言

5.2 永磁电机矢量控制系统结构及实验平台

5.3 参数辨识方案实验结果及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致谢