2009年8月电工技术学报Vol.24No.8第24卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYAug.2009永磁同步电机非线性参数辨识吴茂林黄声华(华中科技大学电气工程学院武汉430074摘要为了估计永磁同步电机的非线性参数,文章对电机控制模型考虑了交叉耦合和饱和的影响,得出电机的非线性参数模型,结合模型采用改进的遗传算法,对电机的主要参数进行了寻优辨识计算,在仿真确认了算法有效性后,对不同负载条件下的电机负载实验数据进行了辨识计算,得到的非线性参数表明,遗传算法在系统参数辨识应用上稳定有效。关键词:永磁同步电机非线性模型遗传算法参数估计:TM351NonlinearParametersIdentificationofPMSMWuMaolinHuangShenghua(HuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074ChinaAbstractThispaperimprovesthemodelofPMSMwithcross-magnetizationandsaturation.ThegeneticalgorithmisappliedtodeterminatenonlinearmodelparametersofPMSM.Thesimulationmethodtosolvethisproblembasedongeneticalgorithmisworkedout,asimpleloadtestissetuptogaindatawithload,Theresultsshowthatthealgorithmcanoptimizeparametersofmotorsystemeffectivelyandrobustly.Keywords:PMSM,nonlinearmodule,geneticalgorithm,parameterdetermination1引言永磁同步电机(PMSM的高性能使用要求包括高效、高速、高响应速度和节能等方面,这对电机控制器提出了更高的要求和挑战[1]。通常,精确的控制模型和参数值是设计控制器的基础,而模型参数误差大将导致控制困难和系统性能下降,所以,各种辨识算法被研究用来估计电机系统的未知参数信息[2-3]。电机的参数估计技术一般分离线估计和在线估计,离线估计技术是通过特定的实验数据,建立输入和输出测量信号之间的联系;在线估计技术需结合控制器利用各种观测器、自适应、卡尔曼滤波和神经网络等算法进行参数辨识[4]。准确估计电机的模型参数相当困难,算法需权衡考虑繁琐性、收敛性和计算时间等各个方面;另外,用于辨识的电机数学模型不精确,也是影响参数估计精度的主要原因。永磁同步电机带负载工作时,随着铁心的饱和,电机的磁阻转矩将不再与电流幅值的二次方成正比,这种饱和特性给电机的控制带来了很大困难,反映在电机的状态方程上就是非线性和强耦合特性,加上温漂等其他非线性因素,给电机的高精度控制和参数辨识提出了更高要求,仅仅采用线性模型可能会达不到预期的结果。本文介绍了一种新的参数估计方法。对永磁同步电机的二轴转子坐标模型,考虑饱和及交叉耦合的影响,建立了电机的非线性参数模型,采用了一种简单的负载实验得到电机状态数据,进一步利用改进的遗传算法对模型参数进行了寻优估计,估计了电机模型的主要参数,并验证了交叉耦合的影响。2非线性模型系统的参数辨识都需要一个与数据拟合得最好的数学模型,再确定数学模型中的未知参数,使该数学模型等价于真实系统。传统的无阻尼绕组正弦波永磁同步电机转子坐标模型方程为收稿日期2008-06-20改稿日期2008-08-2866电工技术学报2009年8月ddddqqqqqqddfddddiuRiLLitiuRiLLitωωωψ=+−=+++Ld,Lq为定子绕组直轴和交轴自感,随着负载条件的变化,通常认为直轴和交轴自感只随直轴和交轴电流的变化,往往忽略饱和及交叉耦合的影响,即认为气隙磁链和磁化电流空间矢量是同向的。事实上,交直轴磁通在定转子铁心中都有一部分磁路是公共的,所以,交直轴磁场之间的相互影响是比较严重的[5]。考虑交叉耦合的电机模型方程为[6]qdddddqqqqdqqqqdddfddddddddiiuRiLLLittiiuRiLLLittωωωψ=++−=++++式中,Ldq,Lqd为直轴和交轴交叉耦合磁链产生的电感,Ld,Lq与磁链通常为线性关系,考虑交叉耦合和饱和影响时,它们与交直轴磁链为非线性关系,可定义为qqdddqdqqddqqd,,,LLLLiiiiψψψψ∂∂∂∂====∂∂∂∂显然,要得到电感值dqdqqd,,LLLL,必须知道直轴和交轴的磁链随电流的非线性变化特性,利用一般的实验方法很难准确测定磁链的变化特性。所以,能否考虑采用合适的负载实验数据,加上合理的辨识算法来得到模型中的参数信息。3遗传算法及其应用遗传算法是一种模拟生命演化的仿生算法,它将生物进化原理引入目标参数形成的编码串群体...