同步磁阻电机的电感辨识新方案（同步磁阻电机的电感辨识新方案）

合肥工业大学电气与自动化工程学院的研究人员杨淑英、刘威、李浩源、刘世园、张兴，在2019年《电工技术学报》增刊1上撰文指出（论文标题为“基于旋转注入的同步磁阻电机电感辨识方案”），同步磁阻电机（SynRM）运行中电感随电流变化较大，若对其线性化将产生很大的误差，有必要先进行电感辨识。由于电机转子结构的凸极性较大，电流中易产生较大的谐波分量会影响辨识的精度。

针对谐波分量导致的误差问题，本文通过旋转电压注入法，提出一种基于定向旋转变换的信号幅值解调方案，该方案无需使用滤波器，避免了滤波器导致辨识结果失真的问题。同时，采用递推离散傅里叶变换（DFT）算法计算静止轴系中的电流正负序分量幅值，该算法运算量小，易于数字实现。最后在5.5kW SynRM实验平台上进行实验，结果证明本文所提方案具有较高的检测精度。

近年来，同步磁阻电机（Synchronous Reluctance Motor, SynRM）因具有功率密度高、效率高、调速范围宽和噪声低的优点，逐渐进入国内外学者的视野。相比于异步电动机，同步磁阻电机的定子结构无异，但转子结构比较特殊，其转子由特定形状的高导磁材料叠片叠压而成，只产生磁阻转矩，转子上没有绕组，提高了电机的运行效率和安全性。

由于同步磁阻电机转子上不存在励磁源，电机的磁路饱和程度取决于定子绕组的电流，在实际运行中磁饱和对直轴与交轴的影响差别很大。如对直轴电感作线性化处理将产生很大误差，严重影响电机的暂态响应和精确控制。因此，要实现对同步磁阻电机的精确控制，需要建立精确的电机参数辨识方案。

目前，针对永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的参数辨识已得到了广泛的研究，但针对同步磁阻电机的参数辨识方法还有待进一步研究。目前同步磁阻电机参数辨识的方法大致包括工程检测法、频域检测法、时域检测法三大类。

• 有学者采用P-Q圆法进行电感测量，由于同步磁阻电机电感随负载变化较大，因此测量得到的参数只适用于某个固定的运行点。
• 有学者采用电压积分法测量电感，但无法测量不同负载下的电感。
• 有学者利用直接负载法，并通过在被试电机转子上安装一个每转产生一个脉冲的编码器，离线分析出功角，然后对电机交、直轴电感进行计算。
• 有学者提出了一种利用阻抗测量工具对dq电感进行测量的方法，但该方法只适合于测量电机停转时的数据。在实际应用的某些场合中，通过额外硬件设备进行辨识的工程检测法不适合推广使用。
• 有学者提出了高频注入法是通过在电机定子端加一个三相平衡的高频电压，通过对高频响应信号的分析得到电机电感参数信息。
• 有学者采用静态频率响应法（Standstill Frequency Response, SSFR）对PMSM的等效dq轴电路参数进行了检测。
• 有学者提出了考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法，并对逆变器非线性进行了补偿。
• 有学者采用同步旋转坐标系中谐波电流分次控制策略，通过简单的算法变换消除非同步谐波补偿电流交流扰动量，从而快速提取出同步直流量。
• 有学者提出了通过电压源型逆变器（Voltage Source Inverter, VSI）产生多正弦信号的方案，减少了不必要的测试时间。
• 有学者提出一种简单快捷的方法，使用双极电压对磁链进行估计，使用线性最小二乘的方法来拟合数学模型。
• 有学者采用高频信号注入法，详细阐述了信号注入法的优点与存在的问题。然而，对于凸极性较强的电机，采用频域检测法辨识参数更加简单有效。

时域检测法主要是利用时域信息对参数进行辨识，这类方案运算较为复杂。

• 有学者提出基于外部摄动的时域响应进行测量，利用电机模型进行参数辨识。
• 有学者提出的扩展卡尔曼滤波算法是一种适应于非线性时变系统的最优递推估计算法，通过建立永磁同步电机的数学模型对电枢电感等各项参数进行辨识。
• 有学者提出了一种在旋转状态下对电机参数进行辨识的方法，其在谐波很大时，仍具有很好的精度。
• 有学者提出了一种基于最小二乘的递归法对电机参数进行辨识，其考虑了逆变器非线性因素。

针对以上方法和问题，本文研究了一种静止状态下针对SynRM的离线参数辨识方法，通过在电机静止坐标系下注入旋转电压信号，使用定向旋转变换法对信号幅值进行解调。该方案无需使用滤波器，避免了滤波器导致辨识结果失真的问题。

同时，采用递推离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）算法计算静止轴系中的电流正负序分量幅值，该算法运算量小，易于数字实现。最后在5.5kW SynRM实验平台上进行了实验，结果证明所提方案具有较高的检测精度。

图6 SynRM实验平台

本文研究了一种基于旋转信号注入的同步磁阻电机参数离线辨识方法，无需额外的硬件测量设备与滤波器的使用，实现了转子静止状态下的电感准确辨识。该方法通过分析同步磁阻电机谐波产生的机理与谐波次数，提出了基于递推DFT求解的定向旋转变换方法。

该方法克服了电流谐波带来的误差影响，并且整个辨识过程不依赖于转子的位置估计。实验中对比了三种信号提取方案，验证了本文所提出方法的准确性与可行性，为同步磁阻电机的参数辨识提供了一种行之有效的方法。